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地球一直在自轉,飛機在萬米高空懸停,12小時候能到地球另一端?
2023/03/29

把飛機停12小時改成一個熱氣球或直升機的懸停,這題更不容易有歧義。但簡單地說不會,原因則是因為慣性定律。

地球上的物體本都帶有地球自轉的慣性,否則在無風環境下,往天上升的氫氣球,豈不轉眼間就不見了,不可能近乎垂直的上升,它將迅速地被地球的自轉拋到身后去。而這必將誘發慘案,因為地球自轉的速度非常快,在赤道上有每小時1670公里呢,這事兒可不能開玩笑。

說到地球自轉,要怎麼才能簡單的證明,地球真的在自轉呢?

有個簡單實驗,「落體偏東」現象,就可以證明地球真的在自轉。

落體偏東現象可證明地球在自轉。

西方世界許多科學家早就猜想到了地球一定在自轉,但因為教會思想的壓制,這種思想被禁止傳播,其中最出名的大概就是對伽利略的審判。

圖示:1633年伽利略被宗教法庭宣判有罪并處終身軟禁,裁決他所宣揚的一切都是異端邪說,其中就包括地球在自轉和公轉。

但這事兒終究遮掩不住,地球自轉的證據其實很多。不同的物理學家提出了不同的證明地球在自轉的方法,其中 提出萬有引力定律的牛頓提到了一種看似簡單的證明地球在自轉的方法,那就是 自由落體法。為什麼可以用自由落體法檢驗地球是否在自轉呢,因為在 角速度相當的情況下,高處的物體圍繞地球自轉的線速度更快

想象一個旋轉的圓盤,盤上的每一個點都在一分鐘之內圍繞圓心轉了一圈,所以盤上每個點的 角速度都相同,即每分鐘轉了360度角。但盤上離圓心遠近距離不同的點,走過的圓周長則是不同的,而圓周長=2*Pi*半徑,但所用時間都是一分鐘。 圓心的線速度為零, 隨著點越來越遠離圓心,其線速度則越來越大

在地球上也同樣如此,只是把二維的圓轉變為三維的球,把地球想象成許多許多圓堆積成的一個球即可。很容易得到結論,赤道上的線速度最大,因為赤道切出來的圓最大,赤道上的點離圓心最遠。隨著維度變大或變小,圓也越來越小,于是線速度也越來越小,到兩極的極點,理論上這只是一個點,所以它的線速度為零。

排除極點這種特殊區域,在地球上大多數地方,當一個物體從高處自由下落時,假如不考慮或者可以排除空氣阻力影響,那麼重物的落地點都將偏離高點和地心的連線點(鉛錘線),而是會往東偏斜一些, 這被稱為落點偏東現象。所偏離的距離完全可以通過線速度差計算出來。

圖示:落體偏東是因為高點A處的線速度Va > 低點B處的線速度Vb,B點則是鉛垂線指向地心的與地面的交點。即AB地心,三點一線。

當A處的物體自由下落時,它將保持在高點A處所得到的線速度繼續圍繞圓心運動,由于這個速度大于地面B處的線速度,所以當物體落到地面時,自然不會恰好落到B處,而會落到更偏東一點的位置,這是 圍繞地心旋轉的速度有差別帶來的結果,和地球自轉的方向保持一致,從西向東轉。

但要做這個實驗,首先東西要足夠重,可以忽略空氣摩擦對線速度的影響。其次AB兩點線速度差別越大,實驗結果越容易驗證。所以在赤道上做這個實驗是最佳選擇。經過計算, 在赤道上做落體偏東實驗,只需從35米高的地方下落到地面,物體就會向東偏離11.5毫米呢。

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