综述
在我们的中学课堂上,我们接触过很多非常有趣的地理知识,比如关于我们所在的这个星系,关于我们生存的地球,关于地球上的生态系统等等。
对于奇思妙想,脑洞大开的我们来说,这些课本上的知识总是会引起我们心理的很多疑问,比如在老师讲到关于地球自转的知识时,我们常常会忍不住想要提出这样一个问题,如果地球在绕着地轴旋转,那要是把一架直升机停在空中半天,是不是它就可以不费一滴油就去到地球另外一边呢?
地球自转
在回答这个问题之前,我们先来回忆一下,关于地球自转的知识。地球自转是指地球绕着地轴由西向东旋转的一种现象,关于这种现象其实最早在古希腊的时代就已经有人提出了才想,不过它的证实要到16世纪之后。
地球为什么会自转呢?这个问题其实和许多其它的天文现象一样都是没有最终答案的,虽然不知道它自转的原因,但是我们却知道自转带来的结果。
地球自转所围绕的轴中线从空间上来看是倾斜的,它和所谓的黄道面形成了一个夹角,同时与赤道面保持垂直,黄道面与赤道面之间的夹角就是“黄赤交角”,也正是这个夹角,才造成了现在的地球环境。
黄赤交角的存在直接导致了极昼极夜现象,同时也带来了太阳直射点的季节变化,并随之产生了昼夜长短和春夏四季在一年当中的变迁。
地球的自转速度可以用两个数据来衡量,一个叫作角速度,一个叫作线速度,前者指的是地球走过一度需要的时间,后者指的是地球赤道上的某一点在一秒内所经过的长度,这个数字大概是427米左右。
那么回到我们刚才的问题,既然地球可以自我旋转,那么按道理一架悬空的直升机如果能够停留足够长的时间,那么它就可以不费吹灰之力到达地面上的另一个地方,因为地球会自己旋转到那个位置,到时候飞机只需要下降就好了。
这样的想法看起来很有道理,对于节省飞行能源来说真是一件大大的好事,但是仔细想想,我们的实际生活中并没有这样的应用案例,为什么会这样呢?如此经济实惠的做法却没有投入使用,唯一的答案是,它是不可行的。
惯性定律
一架悬空的直升机在空中滞留12个小时之后,并不会如愿去到地球的另一边,而是仍然停在原地,这背后的物理学原理就是,惯性。
什么是惯性?惯性定律是由牛顿提出的,这个定律又被称为“牛顿第一运动定律”,内容为“任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止”,大概意思就是说,如果一个物体在空间中所受到的外力为0,那么它的运动状态只可能是两种,一个是静止不动,一个是持续地进行匀速直线运动。
在直升机的例子里面,我们的设想其实是有漏洞的,因为我们只考虑了静止不动的情况,而没有考虑匀速直线运动的情况。如果说直升机和人一样在地面上停着,那么按照物理学的受力分析,他就是没有外力作用的状态,因此会跟着地球一起转动,也就是保持一个相对静止的状态。
而当它升到空中之后,它的受力状况其实没有产生根本性的变化,从垂直方向上看,直升机上升的动力和地球上的重力作用之间是抵消的,从水平方向上看,也没有其它的外力来改变它的运动状态,因此它依然要跟着地球,持续着原来的惯性动作,也就是以427米每秒的速度发生移动,对于地面上的人来说,这种移动相对于他们和地球是静止的,因此会产生一种没有移动的错觉。
其实生活中还有很多例子可以说明这个问题,比如我们找一个专业的跳高运动员,让他撑杆跳到较高的空中,这个过程可能会持续一秒以上,按照地球每秒427米的线速度,那么这名运动员最后落地的地方应该是427米甚至更远的距离之外,但是事实却并非如此。
应该说,如果没有惯性定律,人类的生活会是完全不同的样子,但是比起现在来说,肯定是非常不便的,毕竟一个社会最重要的就是稳定,如果连身体和物体的稳定性都无法保证,那么基本的生活肯定是寸步难行的。
结语
所以说,地球自转的现象要和许多其它的知识联系在一起才能解释现在的世界,如果分离开来,就会造成一些误解,闹出笑话。
当然,对科学知识的学习也正是在一些看似荒唐离奇的设想中才慢慢得到结果的,大家还是要多多发问,才能多多进步。
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