这是三个问题合而为一。
我们为什么不感觉到地球在我们下面旋转呢?
如果您问一个人在地球表面静止不动时的感受,那是因为
- 静摩擦力和法向力是约束力,
- 在地球质量和大小相同的非旋转行星与旋转的地球上,您所感受到的差异非常小,并且
- 除了站在我们旋转的地球上,您再也没有体验过任何东西。
如果不违反其他条件,约束力将取满足约束所需的任何值。例如,法向力将法线推向表面,以便将受约束的对象保留在表面上(约束)。在法向力的情况下的“其他条件”是法向力只能向外指向。如果站立的表面不水平,则摩擦会起作用。静摩擦情况下的另一个条件是它不能超过静摩擦系数乘以法向力。
那么,这些力量需要采取什么价值观才能使您在地球表面静止不动?从惯性框架的角度来看,静止在地球表面上的物体正在绕地球轴均匀旋转。这意味着作用在物体上的净力必须向内,朝向地球的旋转轴(注意:除了赤道以外,不要朝向地球的中心),并且其大小应为F净= 米- [R Ω2,在哪里 米 是物体的质量, [R 是到旋转轴的距离,并且 Ω是地球的恒星自转速率。作用在物体上的其他力是重力和浮力,这非常小。忽略浮力,我们必须F⃗ 表面+ F⃗ 重力= F⃗ 净。净力在赤道处最大,与重力相比很小,约为引力的0.3%。换句话说,地球表面施加的向上力与地球整体施加的向下力几乎彼此相等。
如果从旋转框架的角度看物体,也会产生相同的结果。从这个角度来看,视在净力为零。旋转框架涉及虚拟力,例如虚拟离心力。其大小与上面计算的净力完全相同,但方向相反。最终结果是相同的。
有人在热气球上标记了他们起飞的地点,然后直接飞向空中。他们停留了一段时间后才直接下来。显然,结果是它们没有从其下方的原始起飞点漂移。也许我得到了所有不正确的信息,但是我确定它已经接近了。
这是问题的第二部分。除非系留,否则热气球通常不会返回到它们起飞的地点。热气球会随风携带到任何地方。这就是为什么热气球需要追逐团队。如果不存在风或者在飞行过程中风向反转,热气球将返回其起飞点。我上面忽略的浮力对于热气球来说几乎可以忽略不计。这是可以忽略的法向力(不存在)。为了使气球保持静止,必须不存在风,浮力的形式必须与静止在地球表面的物体的法向力相同。
例如,为什么需要从步枪进行远距离射击时才考虑“地球旋转”?
因为子弹正在相对于地球表面移动。请注意:只有非常长的射击(超过一公里)才需要考虑地球的自转。子弹的运动考虑了另一种虚拟力,即科里奥利效应。对于静止的人和静止的气球,科里奥利效应为零。
科里奥利效应对子弹的飞行有两个主要影响,即水平偏转和垂直偏转。水平偏转取决于纬度,其影响在极点处最强,在赤道处为零。科里奥利效应使运动的物体在北半球向右旋转,而在南半球向左旋转。垂直挠度取决于纬度和方向。该垂直偏转在赤道处最强,在极点处为零,或者运动方向是向北或向南时为零。即使对于向一公里外的目标发射的子弹,偏转也很小。厘米可能很重要。