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假如直升机悬停空中静止不动,24小时后能否绕地球一圈?

这样的疑惑实际上涉及物理学中的惯性及相对运动概念,只需初中物理的知识便可解答。然而,因为我们常年生活于地球这个有限的空间内,很容易陷入错觉,并习惯性地依赖直觉做出判断。

我们都明白地球始终在自转,所以理论上讲,如果一架直升机能在空中静止不动,就等同于它在随地球旋转,一夜之间便能环绕地球一圈。

这种设想固然美妙,但现实并非如此。否则,只要将直升机升入空中,停在原地不动就能实现环球旅行,哪有这等好事?

问题的焦点在于:直升机怎样在空中保持不动呢?

若对直升机的理解尚不明确,我们不妨将之比作汽车中的某只蚊子。在一辆匀速前进的汽车中,飞起来的蚊子真的算是悬停在半空中么?

乍看之下蚊子像是确实悬空了,但实际上,因为惯性,蚊子会跟随汽车内的空气持续移动,在这种情况下,不论蚊子悬停多久,它与汽车间的相对位置并不会发生改变。

如果我们将汽车和蚊子无限放大,汽车便宛若地球,而蚊子则似直升机。看似静止的直升机实际上正随着地球的空气一同转动,与地球保持相对静止,位置不变。

用物理学的语言来描述,匀速行驶的汽车与匀速旋转的地球都属于惯性参照系。对汽车而言,地球便是绝对参照系。对地球而言,太阳便是绝对参照系。

我们若在地面上观察汽车中的蚊子,会发现蚊子并非真正悬停。同样的逻辑应用于直升机,从太阳的角度看,直升机也不是静止不动的。

实际上,许多人对于直升机的静止悬停可能有这样的想象:在宇宙空间的某处存在一个巨大的起重机,先不考虑其存在方式。这起重机将直升机吊起,地球自行旋转,而直升机相对地心保持静止,这才是真正的悬停。只有这样,直升机才能在24小时内环绕地球一周。

但这种状态若真发生,对直升机来说将是灾难性的。

我们都曾见过高速旋转的砂轮,砂轮与金属接触时溅射出火花,足以见证摩擦力之巨大。而由巨大起重机吊起的直升机就如同与地球这个巨大的“砂轮”持续摩擦,地球的大气层与直升机将产生巨大的摩擦效应。

若直升机位于赤道上空,其与大气的相对速度可达每秒465米,也就是时速1700公里。这速度远超地球上任何强烈台风,对直升机的破坏力不言而喻。

那么,如何实现上述的悬空效果呢?

由于惯性,直升机实际上正以时速1700公里的速度随地球运动。因此,唯有让直升机朝与地球运动相反的方向飞行,以时速1700公里的速度,才能与地球的运动速度相抵消,达成悬停状态。

这不正是我们所说的环球旅行吗?只不过速度极快,但原理相同。我们平时乘坐飞机进行环球旅行的速度并没有这么快。

实际上,地球上所有物体,包括空气,都随地球自转而动,故要实现悬空,必须反向运动以抵消地球自转的速度。

进一步探讨这个问题,关键在于“悬停”,相对何物“悬停”?换言之,必须有参照物才能定义。

所谓的悬停不动,其实质是静止或运动,必须有参照物才有意义。于是问题转化为:直升机究竟想相对什么保持静止?

相对地球静止?实际上直升机一直在这样做,我们看到的所谓“悬空”也是相对地球静止。

相对太阳静止?这就如同前述用巨大起重机将直升机吊起在太阳上的情形。

相对太阳静止?那么我们就需要将这起重机置于银河系中心,此时直升机相对地球的速度为每秒220公里,因为地球绕银河的速度即为每秒220公里。

所以,直升机到底想怎样悬空不动?不能简单地说“我就是不动”,这无异于狡辩。宇宙中并不存在“绝对静止”的物体。

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  • 原文链接https://page.om.qq.com/page/OIfDuM-ZxbE_7Ub8gmT9lP5A0
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