我们为什么不觉得地球在我们下面旋转呢?


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我不确定实验中的所有细节,但基本上它如下。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,结果是它们没有从下面的原始起飞点漂移。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。

但是,如果在那个实验中地球对着陆点没有影响,那么为什么要考虑使用“远程地球”来进行远距离步枪射击呢?现在,我知道这不是最佳的比较,并且在两种情况下都有许多不同的因素。例如“子弹在移动,而在实验中气球没有在移动”,但我只是想听听关于这是为什么的不同理论和观点。

PS:我知道一个流行的答案是,地球太大了,我们感觉不到它的自转,但我想的要深得多!


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这是一个很好的问题,但是我不确定天文学的站点是否是最好的地方-我认为这是纯粹的物理学。您是否已在我们的物理站点上查看是否已经存在相关问题?
Chappo说SE Dudded Monica


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我坐在火车上标记了座位。然后,我笔直爬上了头顶行李箱,并在那儿呆了一段时间,然后笔直往下爬。结果是我最终回到了自己的座位上。显然火车根本没有动!

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另一方面,如果我向火车过道的长度方向投下一个球,它降落的位置取决于火车是直线行驶还是急转弯。

Answers:


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发生了两种不同的事情,它们之间的关系不太紧密(据我所知)。对于热气球的情况,您会认为,如果将鼠标悬停在您的位置上方6个小时,地球可能会在您身下旋转,而您会回到完全不同的地方。不幸的是,因为热气球最初是在地球上的,所以它已经与地球一起移动了。尽管我们感觉自己停滞不前,但仍有许多参考系在发挥作用。地球上的每个人都静止不动。但是,表面绕地球轴旋转。地球轴(和地球本身)绕着太阳公转。太阳绕着我们的银河运行,而我们的银河正在穿越星际空间。

那么这与热气球情况有什么关系呢?好吧,因为气球位于地表,所以它已经在与地球表面一起移动了。还记得我说过地球表面绕地球轴旋转吗?好吧,由于气球是从表面开始的,所以它也将像表面一样绕地球轴旋转!如果我们想实现这种悬停效果怎么办?我之前说过,地球绕太阳运行。为了实现这个悬停效果,我们需要我们的热气球绕着太阳运转,而不绕地球旋转。您不能使用热气球来做到这一点,因为大气层也会随地球移动,并且热气球无法进入太空。为了达到这种悬停效果,我们需要某种带有大量燃料的太空飞船。如果我有一个不与地球轨道飞行的盘旋太空船(这将再次耗费大量燃料),那么是的,我可以在同一地点盘旋并使地球在我身下旋转。

现在,您可能想知道我如何用最初位于地球表面的航天器实现这一目标。这种悬停效果不会有多大意义,因为您可能只是飞往目的地(例如理论上的“大猎鹰”火箭),但是如果您想这样做,则需要越过地球大气层,使用助推器与地球自转相反(抵消速度),悬停一段时间,然后使用助推器随地球自转(返回自转速度),降落在地球上。当然,您可以像使用其他所有航天器一样,通过使用隔热罩和撞入地球的大气层来跳过第二部分,而且没有火箭会这样做,因为绕地球轨道运行更加实用(徘徊在燃料,

好吧,狙击情况如何?地球绕其轴旋转。由于一天长达24小时,因此赤道上的某个位置会绕圈一次,而北极中的某个人则需要绕圈一次。但是,离赤道向北或向南越远,地球的一部分旋转24小时就完成1旋转的速度就越慢。考虑旋转一个球。球的赤道绕着鞭子鞭打,但是顶部和底部的移动速度慢得多。这是同一件事。可以说我的狙击手在赤道。当狙击手向东方或西方射击时,他们不需要校正地球的自转,因为沿着该纬度的每个地方,地球都以相同的速度自转。但是,如果狙击手向北射击,子弹将向东。那' s是因为当子弹是在更靠近赤道的纬度上(从南方射击)时,地球的那个点移动的速度快于目标所站立的地球的点。这就像说我所站的位置以……mph的速度旋转,但是我目标的位置以995 mph的速度旋转。由于我的子弹来自1000 mph的部分,显然由于有枪支,它会以高速从枪管中出来,但是它也会以1000 mph的速度绕地球轴旋转。但是,一旦我的子弹开始接近目标的纬度,由于地球自转的速度变慢,它似乎会朝自转的方向(向东或向右)偏离。为什么?好吧,由于我的目标旋转速度为995 mph,因此您执行1000-995 = 5。这意味着我的子弹相对于目标向右的净速度为5 mph。这意味着如果目标距离足够远,我的子弹将会丢失。如果从赤道向南射击,子弹也将向东移动,因此,它会偏向左侧。效果相同,但“颠倒”。这种效应称为科里奥利效应,这就是赋予飓风力量的原因。

最后,您问“为什么我们不感觉到地球在我们下面旋转?” 这是因为我们与地球一起移动。当您以50英里/小时的恒定速度行驶时,您不会感觉到它在移动(由于崎(不平的铁轨,您可能会感到一些颠簸)。只有当您加速或减速时,您才会感觉到事物在移动。当您在火车上时,速度是恒定的,因此您不会有任何感觉。对于地球来说,这是相同的,只是您以恒定的1000 mph绕地球轴旋转。除了速度更快以外,什么都没有改变。

我可能对此做了可怕的解释,所以随时问什么。


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您已经非常详尽地解释了它,谢谢!
Begons18 '18

但是,我确实有一些问题。在这里和我裸露。您在实验中说他没有动,因为他最初是在地面上,所以他以与他下面的地球相同的速度运动。就像汽车在行驶一样,被护理者的步速也一样。但是,假设您正站在赤道上,并且向地球旋转的相反方向发射子弹。子弹仍会离开枪管并以其预期的速度行进吗?这是为什么?
Begons18 '18

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@ Begons18可以说我在火车上打保龄球(那是一列大火车)。火车向右行驶50英里/小时。有2条保龄球道,一条面向左,另一条面向右。如果我总是以10 mph的速度滚球,那么当我向左侧打滚时,它相对于火车向左行驶10 mph,而相对于地面向右行驶40 mph。(50-10 = 40)如果我向右滚球,则相对于火车的速度为每小时10英里,相对于地面的速度为每小时60英里。(50 + 10 = 60)改变火车,使地球在赤道向东旋转1000英里/小时,并开枪以1500英里/小时的速度发射。情况保持不变。
User24373 '18

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@Andreas Hurricanes不能越过赤道。他们会在到达那里之前消失,因为没有任何支撑科里奥利力来保持旋转。几年前,vamei台风在赤道以北仅1度发展,创造了新纪录。显然,尽管不是特别强大,但它是如此罕见,以至于估计是一场长达400年的风暴。
User24373

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火箭不需要进入太空就可以工作。在不离开大气层的情况下笔直向上或笔直向下,您仍然不会在同一时间下降。它只能与气球一起使用,因为气球停留在大气中非常密集的部分,并且与周围的空气相比,气球非常轻,很容易被推动。
Polygnome

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很难亲自感觉到地球的自转,只是因为我们对渐进的变化和微弱的“力量”不是很敏感。但是,每天都有一些物体可以向我们展示地球的旋转。气球可能是一个不好的选择,因为随着时间的流逝即使是很小的风也将成为问题的根源。(另请参见

摆锤

一个对象是福柯摆

Foucault pendulum 资源

陀螺仪

另一个是具有惯性图像稳定功能的(昂贵)相机。一些相机具有小型陀螺仪芯片,可以感应到相机机身的微小旋转并补偿图像处理。

enter image description here 资源

有关更多信息,请参见以下问题及其答案。


这是一个很好的答案。
Fattie

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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=[RΩ2,在哪里 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F表面+F重力=F。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。


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尽管厘米可能很重要,但对于狙击手(约2 km或更短),科里奥利效应会被其他误差效应所淹没,因此通常无法对其进行补偿。另一方面,远程火炮可以感觉到需要补偿,而具有更长路径长度(更重要的是,更长的飞行时间)的火箭炮将纠正这种影响。
WhatRoughBeast

“科里奥利效应使运动的物体在北半球向右转,而在南半球向左转。……这种垂直偏转在赤道最强”:这不可能是正确的。如果正确,则向平行于赤道以北无限远地发射的子弹会感觉到最强的向右偏转,而向南无限平行向平行方向发射的子弹会感觉到最强的向右偏转。实际上,这两者都将偏向原点或远离原点,这取决于它们是向东还是向西发射的。
phoog

@phoog-我写的是正确的。也许不是最好的书面形式,但正确。向东,向北和向上的科里奥利加速度为vñϕ-vücosϕ-vËϕvËcosϕ 哪里 ϕ 是纬度和 vËvñvü是物体速度向东,向北和向上的分量。子弹或多或少地水平飞行(子弹速度的垂直分量比水平分量小),因此vücosϕ向东科里奥利加速度的一部分可以忽略。...
David Hammen '18

这意味着水平偏转与 ϕ,在赤道处为零,在极处为一(或负一),而垂直挠度与 cosϕ,在赤道处为1,在极处为0。
David Hammen

我知道了。我错过了答案中从水平偏转(向左或向右移动)到垂直偏转(在赤道最强)的齿轮变化。在赤道处,水平偏转最弱,如果这是其方向反转的地方,这是有道理的,但是我误解了您的说法,相反,它是在其方向反转的地方最强的。
phoog
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