为什么地球自转对从东向西或从西向东飞行的时间没有影响?
地球的自转是否会影响从东到西驾车所需的时间,或者影响从西到东驾车所需的时间?从东到西穿过卧室和从西到东花的时间是不是不一样?
(图源:手机新浪网 图解:地球自西向东自转)
为什么你认为地球自转会影响飞机的飞行距离?赤道上,一架停在跑道上的飞机以每小时1600公里的速度向东移动,而它下方的地面也以相同的速度移动。若非如此,地面就会以极快的速度向后移动。当飞机起飞并开始飞行,它仍然有每小时1600公里的初速度,就像地面一样。
(图源:无限飞行亚洲站 图解:飞机起飞时已经带有地球自转的速度)
如果你认为这个每小时1600公里的初速度消失了,你认为是什么力量影响了它?牛顿第一运动定律告诉我们:“……运动中的物体以匀速向同一方向运动,除非它受到不平衡的力的作用。”为了让这个运动消失,需要一个力。
如果有这种力量,你在空中跳一秒钟,它会对你起作用吗?如果你在空中跳跃并停顿一秒钟,这个力消除了你在移动的地面上保持静止时每小时1600公里的速度,那你会在距起跳点约450米的地方着陆。这种事显然不会发生。
如果一股来自地面的力量在你想要静止不动时让你以每秒450米的速度向前移动,这股力量岂不是会对你的脚底施加巨大的压力?
地球是旋转的。地球周围的大气与地球一起旋转。地面、水中和空中的一切都随着地球以相同的速度旋转。
能影响东西相对于西东飞行时间的是由科里奥利效应引起的盛行风,而科里奥利效应又因地球自转产生。在某些纬度上盛行风向西,而在另一些纬度上盛行风向东。
(图源:百度文库 图解:地球上的风带)
既然地球在自转,那么飞机从东到西或从西到东飞行花费的时间相近?它不应该在其中一个方向上更快吗?
当我还是个孩子的时候,我坐在车里,车以每小时100公里的速度在高速公路上行驶。这辆车里有一只苍蝇。
我问妈妈:“苍蝇怎么能飞这么快?”妈妈回答:“苍蝇的飞行速度不如我们开车快,但车内的空气在推着苍蝇前进。”
这和天空中的飞机是一样的。当地球旋转时,飞机在与地球一起移动的空气中飞行。但在这里它变得更加复杂:
风的方向并不总是与地球自转方向相同。在长距离飞行时,也可能利用风力来提高飞机速度。但只有在特定的区域时才能做到这一点。例如,信风位于赤道附近,从东向西吹。因此,沿赤道飞行的飞机从东向西的速度要比从西向东的速度快。当一架飞机在西风带中飞行时,从西向东的速度会更快。
(图源:sohu 图解:飞机在空中飞行)
与其他人所说的相反,向东飞行比向西飞行需要更长的时间。
造成这一现象的原因叫做科里奥利效应,它只适用于旋转参照系。
(图源:cnstedu 图解:科里奥利力)
这就是为什么开车和扔球,或者在航行中步行的例子不适用于空中飞行的原因。它们都不是旋转的参考体。
大气中的空气确实是与地球同步旋转的,这就是航行速度没有不同的原因,但它与旅行的长度没有关系。
如果不考虑急流之类的因素,假设你在一个完全静止的气团中飞行,如果飞行员以相同的速度飞行,那么从纽约飞到洛杉矶的耗时会比从洛杉矶飞回纽约的时间短。但地面速度会与空中速度有所不同。
当你从纽约向西飞行时,由于地球的自转,洛杉矶会离你越来越近,反之亦然。当你前往纽约市时,洛杉矶在不断远离你。
你没有注意到的因素是飞行员有自己的时间表和飞行计划。如果单程需要4个小时,他们会调整飞机的速度,让他们在4小时内到达目的地。这样做是因为登机口必须空着等待你,空中交通管制要求飞机在某个时间必须到达,还必须考虑其他航班……等等。
在现实世界中,加上移动的气团和急流的影响,北美上空有时可以使向东飞行更快(或更省油),科里奥利效应的影响在飞机噪音中消失了,但它仍然真实地存在着。
事实上,狙击手在用长枪进行射击时同样要考虑到这一点。当狙击手向北、东、南或西射击时,必须考虑到这个事实:子弹在空中的几秒钟内,由于地球的自转,目标会移动几英尺。几英尺不算多,但如果你不把它考虑进去,它足以让你错过目标。
参考资料
1.维基百科全书
2.天文学名词
3. K君- forbes
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自:
https://www.forbes.com/sites/quora/2017/03/31/why-the-earths-rotation-does-not-affect-latitudinal-airplane-travel/#7f06f413ddcd
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