地球在自转,飞机朝不同方向飞,消耗的燃油和速度会一样吗?

有人常常有这样的美好愿望:地球在自转,飞机只要悬在空中,不要移动,地球自转就可以把飞机转到地球的另一面。事实无情地毁灭了他们的这种臆想,但有人硬是不甘心,顽强地认为,地球在自转,肯定会对飞机有影响,就像顺水和逆水行舟,需要的能量和得到的速度肯定是不一样的。因此飞机往不同方向飞,是不是顺着地球自转或公转,得到的速度和消耗的燃油也会不一样。

  • 现在我们就来讨论一下这个问题。

  • 首先肯定回答:不会,因为飞机是在地球惯性参照系里。

惯性参照系又叫惯性坐标系,简称惯性系。如果我们把S作为一个惯性系,则任何相对S做等速直线运动的参考系S'都是惯性系。在惯性系中,不受外力时,一切物体总保持与参考系的相对匀速直线运动或静止状态。

惯性系有严格的定义,必须符合牛顿惯性定律描述,需要试验来确定。但在我们现实生活中,一般可取近似的惯性系,如与地球相固结的坐标系是一个很好的近似的惯性系。在地球上,地球就是我们的参照物,相对其他物体,地球就是静止的。

地球一个直径为12742公里的大球,它每时每刻都在以约466米/秒的速度自转(赤道线速度),以约30公里/秒的速度公转,其运动方向本身是直线匀速运动的,只是在太阳引力作用下被拉扯着走一个椭圆轨道。

在地球重力的作用下,我们人类和各种物体都被牢牢吸引在地面上,如果没有外力,我们就一直会与与地球一起做着同样匀速运动,无法觉察到它是在动的。

  • 在地球惯性系里,相对地球上的一切物体,地球就是静止的。

在地球这个大惯性系里,人类和地球上一切物体,轮船、高铁、飞机甚至风雨雷电,都是这个惯性系里的物体,地球相对这些物体就是静止的,这些东西只有借助外力才能够移动,但不管往东西南北哪个方向移动,都是相对地球坐标移动,不存在哪边快些哪边慢些的问题。

我们感觉不到地球在动,但看看日月星辰,东升西落,就知道地球在自转了;地球自转轴有个倾角,阳光照射到地球上的位置就会随着公转而变化,就有了一年四季春夏秋冬,由此我们才能够感觉到地球在公转。

连地球上的大气、风雷雨电都在地球这个近似惯性系里,跟着地球一起运行,飞机飞离地面还是在这个惯性系里,只有通过外力取得加速度,才能够改变地球惯性系里的运行状态,改变这种状态的的速度以外力的大小成正比,而不是与地球自转有关。

因此不管是你顺着地球自转公转方向飞,还是反着方向飞,不会出现哪个方向更快的效应,但会出现昼夜时间的变化。如果你一直向西飞,就好像一直在追赶落山的太阳,这样白天就会长一些,而向东飞,就是与太阳背道而驰,白天就会更快的变黑夜,而黑夜也会更快迎来日出。

  • 任何近似惯性系里的参照物是静止的。

这里打个比方,如果你在一艘轮船或者高铁或者飞机上,可以认为这个运载工具是一个近似小惯性系,乘客在与这个运载工具相同速度在运行,运载工具相对他们就是静止的参照物。这时候,你往轮船或高铁或飞机的前进方向或反方向走,会觉得不一样吗?当然,这些运载工具都很小,而且在行进中并非完全处于直线匀速,会有转弯或上下坡度,轮船上还有风向,就一定程度影响你前进速度和力度。这些扰动,在地球这个大惯性参考系中,就基本可以忽略了。

客机一般飞行速度在800~1000公里/小时,实际上我们也在以这个速度运动,因此相对飞机就是静止的。如果飞机很平稳地运行着,我们几乎感觉不到它在运动,只有看窗外,才能够看到物体都在向后飞驰。这与我们在地球上看到日月星辰在东升西落,知道地球在自转是一样的道理。

如果你坐在飞机中部,要上厕所,往前走或往后走根本与快慢无关,那么你觉得往哪边走快点呢?还有一个简单办法检验你与飞机高铁的相对静止状态:飞机每秒以200多米的速度飞行,高铁在以每秒近百米速度疾驰,你如果站在上面,往上一跳,就会往后飞几十上百米吗?不会,你在哪里跳起来,还是落到哪里,说明高铁、飞机相对你是静止的。

这与飞机在地球上飞,地球相对飞机是静止的一样的道理。人也是地球惯性系里的物体,也跟着地球自转以每秒466米速度运行,如果飞机向不同方向飞会有速度不同,那人类朝不同方向跑也不就有不同了吗?而且人在地球上跳高跳舞不都有问题了,跳起来一下,不久走了漂移了几百米了?那跳远反着自转跳要跳多远啊?

  • 太阳是一个更大的惯性系。

其实,太阳也在围绕着银河系中心狂奔,速度达到每秒约250公里,公转周期,也就是围绕着银心转一圈需要约2.5亿年。因为地球是在太阳惯性系里面,因此太阳相对地球就是静止的,感觉不到太阳在狂奔。在古代蒙昧时期,人们并不知道这些,而是把地球作为参照系,看到的日月星辰就围绕着地球转,由此形成了地心说。

因此选择惯性参照系很重要。现在的人造飞行器往行星际或太阳系外飞去,就不能以地球为参照系,而必须以太阳为参照系,人造探测器飞行的速度就是相对太阳的距离计算的。如旅行者1号现在每秒速度为17公里,就是相对离开太阳的速度。相对地球速度却要根据地球运行的方位,离开速度有时快有时慢。

而飞机受地球参照系影响,飞行速度是与地球地面坐标为依据,是在与地球同步运行基础上,通过外力做功形成的非坐标系速度,因此不管往哪边飞,理论上速度都只受功率影响。但有一点需要考虑,就是地球自转会一定程度影响大气流动,而飞机飞行过程会受到风速等影响,但这种影响较小且随机性大,总体上地球自转公转与速度快慢没有明显关联。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。