03.02 如果飛機飛到一定高度停止不動,是不是12個小時就可以到地球另一邊?為什麼?

我心誰屬5


不知道為何,最近總會有這樣看起來有些“無聊”的問題,既然有人提問,我也無妨無聊一把,簡單分析樓主提出的問題!

首先來說,之所以會有這樣的問題,還是因為我們生活空間的狹小完成了的認識上的片面,可以預見的是,讓提問者飛上一次太空,一切都豁然開朗,不會再有任何疑問!

樓主所說的飛機停止不動本身就有爭議,靜止不動到底是相對哪個物體不動?我想樓主的意思應該是讓飛機停止隨地球一起自轉,然後就可以做到從地球的一邊到另一邊

用飛機和地球或許不太好理解,我們不妨這樣做個類比。你坐火車旅行,你代表飛機,火車代表地球。我們都坐過火車,如果像樓主說的那樣,你只需要簡單的在火車上跳起來,如果火車速度夠快,你就會從1車廂到2車廂!

但事實情況呢?我們都知道那不可能發生!事實上地球就相當於放大版的火車,帶著我們一起運行。

而如果你想從1車廂到2車廂,你必須親自走過去。同理,飛機想從地球一邊到達另一邊,必須耗費能量親自飛過去!

還不理解?再說簡單點,飛機隨著地球一起運動,如果你想讓飛機不隨著地球運動(也是樓主所謂的保持靜止),你必須給飛機足夠的能量做反向運動,地球和飛機自西向東運動,必須給飛機施加一個自東向西的速度抵消原來的運動慣性,而事實上給飛機施加的自東向西的速度其實就是飛機本身飛行的速度!說到最後,還是要飛機自身耗費燃料產生動力飛行!

這麼簡單的問題,我竟然說了這麼多,我也是服了我自己!或許很多人都嫌我囉嗦了,沒辦法,越是簡單的問題有時候越不好解釋!


宇宙探索


如果飛機飛到一定高度停止不動,是不是12個小時就可以到地球另一邊?當然可以,不過參照物不是地球,而是其他星球,比如月球或者太陽。


在同一慣性系統當中,不能互為參照物,這是經典力學的原則。


飛機在大氣層運行的時候,它身邊的所有東西都是在動,包括地球,他們之間不能作為參照物,它必須找一個,與自身相對靜止的東西,而最近的參照物,就是月球(公轉週期27.3天,勉強可以參照一下)。可以用下面的圖示進行表示:

其實在這樣的狀態下,地球上的人所看到的是飛機依舊是往西邊飛去。當然,這對飛機的要求非常嚴格,如果它是在赤道飛行,它的飛行速度應該達到1646km/h,目前的客機達不到這個水平,只能採用戰鬥機,不過戰鬥機的航程有限,任何空中加油機,都不可能追上加力飛行的戰鬥機。


當然在高緯度地區,比如北緯33.75度以上,普通的客機就可以達到,但請記住,它相對的是月球靜止,而不是地面的任何標誌物。


討論物理問題,最重要的就是參照系的選擇,不要被題目的文字描述所迷惑。


………………

這裡是諸葛小村姑為您報道,歡迎關注!


諸葛小村姑


如果飛機飛到一定高度停止不動,是不是12小時候就到了地球另一邊?

這腦洞不錯,理論上來看確實是這樣,但問題是無論飛行器是從哪裡起飛的,它都攜帶了地球自轉所帶來的初始速度,比如在赤道,那麼它就是465M/S,如果您要讓飛行器抵消這個465M的速度,那麼需要反向推力讓飛行器超過音速達到465M/S的速度,理論上來看,這個飛行器就抵消地球自轉的影響了,可以認為停在那個位置了,等地球轉過來到這個相應位置時直接降落即可!

地球自轉示意圖,23時56分4秒自轉一圈,半徑約6370KM,摺合到赤道的線速度約465M/S,所有在這個位置的物體即獲得了地球自轉的速度!

但現在能達到465M/S速度與地球自轉相抵消的飛行器,除了SR71肯定能達到之外,其他的F22、J20等這些目測無法超長時間的超音速巡航

因此可以肯定題主所說的理論是實現的,並且現在的飛行器逆地球自轉方向飛行時就是這樣在操作的,只不過大部分飛行器都是無法達到這個抵消的速度而已,仍然會被地球自轉帶著走,只不過可能慢了一點!

從空間站的角度感受下地球自轉(當然這是空間站的繞軌效應所致,但看不到空間佔的參照物的情況下來體會下自轉是沒有問題的)


星辰大海路上的種花家


理論上是可以的,但難度比較高。我想題目說的是下邊這個動圖的感覺吧!

我們假設飛機在赤道上空停著,地球相對飛機轉動(為啥要假設呢,因為這是一條很傻的航線),12個小時就是兩萬公里嘛,每小時1666公里,飛機的和地面的相對速度超音速了。不是說沒有超音速飛機,但超音速同時續航能力還能達到兩萬公里的飛機實在是比較難找。列舉幾個空中巨無霸的數據比較一下這個難度。


空中客車A380 最大速度1090.3千米/時 最大航程 15200公里

B52戰略轟炸機,最大飛行速度1010公里/小時,最大航程16100公里。


人家不是說飛機不動麼,為啥還研究飛機的速度呢?你在飛機上以飛機為參照物,可以認為大地在飛快的轉動。下圖這個感覺。

可是在地面上看你還是在飛!颼颼滴!


知識與見聞


其實這個問題很好解答。

舉例說明即可一目瞭然。

例子一:

在一輛行駛的汽車內向上扔一個紙團,半秒後你會在原地還能接住。

或者你在行駛的汽車內,倒一杯水,杯子與水壺離遠一點,即便離得遠,還是很容易倒進杯子裡。

例子二:

同樣的事件,行駛中的汽車換成行駛中的三輪車。紙團還能在原地接住嗎?水還能那麼容易倒進杯子裡嗎?

這兩個例子就是說明一個密閉空間,一個非密閉空間。

行駛中的汽車內的空氣都與汽車一樣在移動(相對都是靜止),而三輪車上的空氣並不與三輪車一塊移動。

我們在地球內相對於大氣層內都處於相對靜止狀態,即便地球自轉,我們跳躍也會自然落在原地。

返回題目,除非飛機衝出大氣層,不然還是會和“行駛中的汽車”發生一樣的結果。

這就好比你玩無人機,電量足夠盤旋一小時,他也不會離你原來越遠。


美食全天下


地球本身就是一直在自轉,地球的自傳速度是每秒465m,也就是說你在地球上站著不動每秒也是465m,所以說“坐地日行八萬裡”並不是無稽之談。


地球自轉是包括大氣層中的飛機的,任何在地球上的東西都是被地球的引力牢牢的控制從而和地球一起旋轉,地球就像一個空心陀螺,陀螺內的東西也是跟著陀螺不停旋轉。

如果飛機真的想通過地球自轉到達目的地,那麼飛機就需要以465m/s的速度向地球自轉的反方向飛,只有這樣才能保持固定的位置不動從而達到目的。 事實上人類想要用速度抵消的方式到達目的地的想法是不可能實現的,因為465m/s已經是超音速了。這就意味著飛機必須保持在超音速階段想當長的時間。



那麼對於飛機的材料和發動機都是巨大的考驗,而且噪音也會十分嚴重。 所以說飛機通過抵消地球自轉的方法到達目的地是不可能的。


宇宙探索未解之迷


如果飛機飛到一定高度停止不動,12小時候當然到不了地球的另一邊!

首先,要明確飛機雖然在空中飛行,但是仍然是受到地球的萬有引力,因此飛機即使停在萬米高空不動,也要隨地球自轉,12個小時以後你能看到的還是原來的景象,而不會跑到地球的另一邊。而要想到達地球的另一邊,必須像平時飛行一樣,利用自身燃油提供的能量飛行過去。


其次,那麼飛機怎麼樣才能實現題中所說的場景呢?那麼飛機必須脫離地球萬有引力的束縛。即達到第二宇宙速度,這時才能不受萬有引力。但是,由於第二宇宙速度高達11.2千米/秒=11.2千米/小時/3600=40320千米/小時。而目前最快的飛機也只有1000千米/小時,可見其差距巨大。

因此短期內飛機還實現不了如題中所示的離地日行數萬公里的壯舉!


地震博士


我想問一下題主,你是不是揪著自己的頭髮從火車頭上跳起來一會,自己就會飄到了車尾呢?

當然這只是開個玩笑。但道理是一樣的,你在一列時速400公里的高速列車上,你跳起來一秒鐘,列車向前走了111.111米,那麼你會後移111.111米,到了另外的車廂嗎?顯然坐過火車的人都知道,這是不可能的。

你原地跳起來,還是原地落下,除非你故意往前跳或者往後跳。

這是什麼道理呢?就是慣性系。你和火車在一個慣性參考系裡,相對火車你是靜止的,你在慣性作用下,與火車保持著同樣的運動,所以無論你怎麼跳,還是能揪著自己的頭髮跳起來多久,你都還是在原地。

而在不同的參考系,比如在大地上,才能看到你是在和火車以同樣的速度前行。如果你要在火車上移動,就要走路,往前走往後走往左走往右走,都是相對於靜止的火車在移動。

同樣,我們地球上的所有物體,包括大氣層,相對於地球都是靜止的。

地球自轉在赤道的線速度是每秒鐘約463米,我們所有地球上的物品包括人類,在赤道上都是在以每秒中463米的速度運動,而相對於地球就是靜止的。

地球自轉的線速度隨著高度不同和緯度不同有不同的變化,但作為同一個慣性參考系的地球所有能動的不能動的,都是相對靜止的。

只有從其他參考系看來,比如在月球上看,就看到我們與地球在做著同樣的均速運動。如果你要在地球上從某一地挪到另外一個地方,就需要做功運動,不管是走路還是輪船飛機,只有通過運動才能移動到另外的地方。

明白了這個道理,我們就知道了在地球大氣層中,如果飛機不飛,相對地球就是靜止的,不可能過12個小時到了地球的另一面。

而且根據空氣動力學,除了直升飛機,其他靠翅膀飛行的飛機就要掉下來。

你要到地球的另一面,不管朝東還是朝西飛,坐地日行八萬裡,飛機必須以相當地球線速度相同的速度飛行,才能在12個小時到達對面那個點。當然地球的線速度隨著距離地表的升高需要更快一些,就是這樣。

這就是時空通訊的回答,歡迎討論點評。


時空通訊


很遺憾的回答你,你的這個方案是不能夠成功實現的,原因如下:

你的這架飛機飛到了一定高度停止不動,這個停止不動,是你設置的第一個強制條件,我想來想去,試圖在想象著是怎麼個不動的法子,是相對的還是絕對的呢,絕對不動的物體是不存在的,這個大家都知道,所以呀,你的這架飛機肯定還是會移動的,不可能絕對的停留在那裡。

題主的意思可能是想問,是不是飛機飛到了一定的高度之後,就可以脫離地球引力了,這是不對的,理論上,地球的引力可以作用於無窮遠處。

在太空中的衛星也在不停的運動著,不過在赤道上空35900公里的高空位置,那裡是地球的衛星同步靜止軌道,什麼意思呢?處在那個位置上的衛星相對於地面上的某個物體來講是不動的,所以叫同步、靜止。

你看,即使在35900公里的高空,還是得動呀,不動的話,你的這架飛機不就被地心引力給拽下來了嗎?

就連月球還一直圍繞著地球轉呢,月球可遠在38萬公里外哦,所以,這架飛機必須得動,不動就會被地心引力拽下來,要是動,題目中的想法就完不成。


科學船塢


也就是說,我們原地放飛一顆氣球,十二個小時就飄到美國了?那還研究個毛線洲際導彈超音速飛機啊。12個小時在赤道走半圈速度都超過音速了。

按照這個思路,我們在赤道原地跳起來,如果滯空時間是1秒的話,那麼我們的移動距離就是466米。

上圖就是空間站視角看地球,可以看到地球是以一個整體存在的,上面的雲和地面都在移動。問這個的腦子可能多多少少有些問題。即使你不以地球為參考系,你要讓地球看起來是轉的,那麼地球也是帶著你跟大氣層一起轉。如果你的觀測點是一顆衛星,那麼你看地球上所有東西都是轉動的,包括你自己和大氣,所以你飛起來也是跟著地球一起轉,相對地面不移動的。

除非地球上的大氣停止跟著地球轉動,變成跟著你固定,那麼赤道上面對的就是超音速疾風。這時你飛起來沒準可以被吹到地球另一邊。



看了看評論我覺得還是有必要科普一下。其實這個問題可以換個重點,有兩種類似的題目可以合併成為一個“王炸”一樣的題目。請聽題:

第一題,火箭相對於地面垂直髮射,燃料耗盡後會落到原地嗎?

第二題,如果宇宙只有一個地球,怎麼知道地球是不是在轉?

這倆問題就比較有意思了。在高度很低的情況下,扔起來東西可以參考在移動火車中跳起來一樣,人會因為慣性和火車相對靜止,不會改變對於火車的相對位置。

那麼火箭垂直髮射會怎樣呢?答案是不會落在原地。有評論說什麼第一宇宙速度,第一宇宙速度是指僅受重力你在地面高度可以換繞地球的速度,和能不能飛出地球之類的問題無關。

火箭垂直髮射,會落在發射點靠西的地方。因為GMm/r^2=mrw^2,所以r增大w角速度減小,最終火箭就跑西邊了。

緊接第二個問,為啥說地球在自轉,我把地球看做靜止的,其他天體圍著地球轉不行嘛,當然可以。

這就引出了另一個概念,慣性離心力。雖然離心力不是真實的力,但是我們可以以此判斷某個物體在做什麼樣的運動。比如你用繩子栓個小球,靜止時小球會垂直耷拉下來,但是你轉起來,小球就可能帶著繩子橫著轉。你跟著小球一起轉,看上去小球是和你相對靜止的,但是小球產生了飄起來的現象,所以我們可以知道小球是在做圓周運動。

好了,就補充到這裡,沒看明白後邊的沒關係,理解在火車上那個例子就好。


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