科学|地球在自转:直升机空中悬停12小时后,就会出现地球另一边吗?


地球在自转 , 而且速度还不小 , 那么从理论上来看 , 只要直升机一直悬停着 , 那么它将会正在次经度对应的圆周上任何地方出现 , 只要等目的地到来 , 直接降落下去就行!但现实中却不能以这种模式环游地球 。

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地球自转速度有多快?
地球自转是傅科发现的 , 他巧妙的用傅科摆监测出了地球的自转 , 当然时间多久其实不用计算了 , 毕竟太阳东升西落的时间计个时就行 , 根据地球周长 , 大约24小时转一圈 , 那么就可以计算出地球自转的线速度了!

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这个速度还挺快 , 在赤道地区时速度高达465米/秒 , 空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340米/秒 。 所以地球赤道自转线速度超过了音速将近1.4倍 , 这个速度极为可观!自从协和客机退役后 , 就再也没有客机超过音速了!而且除了F22以及J20外 , 少有战斗机可以长时间维持音速飞行 , 所以这个音速仍然是高山仰止般的存在!

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当然地球上也不是处处速度那么高 , 两极点上速度0 , 速度按余弦分布 , 比如在南北纬度30度左右地方时将降低为402米/秒 , 南北纬度45度时为:328米/秒 , 60度时为232.5米/秒 , 77.5度时为100米/秒!

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所以很多朋友经常假设性的问一个问题 , 如果地球突然停止自转会怎么样?其实这后果还挺严重的,因为地表物体都在以每秒从465米/秒到0的速度运动中 , 一旦停止 , 赤道地区的所有物体 , 包括地面都会飞起来 , 当然这个速度还不会飞离地球!另外一个严重后果是地壳会和地幔分离 , 火山喷发和地震即刻发生 , 到那时基本上就是地球毁灭了 , 站在北极点上不动也逃不过这场审判!

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为什么悬停着无法到达地球另一端
地球自转那么快 , 直升机只要飞到高处悬停 , 过段时间降落下去就到达目的地 , 这看起来非常完美!但我们必须要理解一点的是 , 地球上所有物质 , 包括大气与水等都在地球自转运动下几乎同步运动 , 所以从地面上起飞后悬停的直升机其实和地面相对是静止的 , 因为它和地面在同步自转运动!

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就像我们乘坐的高铁 , 速度可达300千米/小时 , 大约是83米/秒 , 一节高铁车厢大约在24.5米至27米之间(不同型号有一些差异) , 人跳起来大约能在空中停留0.8秒(乔丹的数据 , 普通人估计0.5S到顶了) , 假如按人跳起来后车在运动 , 人不运动 , 那么这0.8秒可以运动66米 , 也就是2.5节车厢!

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但是谁都没看到在高铁上跳一下之后人就跑到2节半后车厢了 , 肯定是稳稳的落在原地 , 因为和和车厢之间是相对静止的!很多朋友认为这人跳的也太短了 , 停个半小时 , 肯定会移动的 , 其实如果允许的话 , 可以在高铁车厢放飞一架无人机 , 然后让它悬停看看 , 半小时后会不会在原地 , 除了气流会影响它以外 , 它肯定是不会跑到别地去的 。

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所以想要直升机在大气层中保持静止 , 那么首先就要让飞机从和地球运动的高速中静止下来 , 怎么操作呢?很简单 , 只要朝着地球自转方向飞 , 假如在赤道的话就是465米/秒 , 这个要求可不是一般的高 , 这么说吧 , 全世界的战斗机 , 能以这个速度长时间巡航的也屈指可数 , 超音速巡航和超音速战斗机是两回事 , 超音速巡航难度极高!

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直升机飞行速度大约250千米/小时 , 折合大约69米/秒 , 直升机能跟上地球自转线速度的纬度是多少呢?大概纬度在80~81度的位置 , 早就在北极或者南极圈内!这里 , 直升机自西向东飞250千米/小时 , 大约就是所谓的悬停!
环游地球最省能源的方式
很显然这种方式其实就是现代飞行器出行的方式 , 无论到哪里都无法悬停达到目的 , 而是要切切实实的飞行 , 那么假如要环绕地球一圈 , 那种方式最快而且最节省燃料呢?

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麦哲伦环球航行显然不行 , 太消耗时间了 , 卫星绕一圈几乎零消耗 , 但得花老多燃料先送它上天 , 所以这显然不是最节省能源的方式!

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有一种几乎不消耗能源的环球航行 , 利用西风带和氦气球 , 因为在只要上升到8000-10000米 , 就会有一股稳定的环球气流 , 速度大约300千米/小时 , 这跟高铁时速差不多 , 二战时期日本就利用西风带将气球飘过太平洋轰炸美国 , 尽管这漫无目的 , 但造成的山火也确实让美国恼火不已!

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【科学|地球在自转:直升机空中悬停12小时后,就会出现地球另一边吗?】这个西风带大约位于南、北半球的纬度35°~65°之间 , 范围很宽 , 随便找个地方 , 控制下高度即可到达此处 , 氦气球又无需补充 , 因此几乎可以零消耗环游全球!


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