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如果飛機一直懸在空中不動,12小時後會不會到達地球另一邊?

2024-07-05科學

答案其實我們都知道,肯定不會到達地球另一邊,不但不能,還一直會保持在原地不動。

為什麽會這樣呢?我們可以從很多方面去分析,甚至都不用分析,生活中的很多現象都告訴了我們答案。

比如說,天上飛行的鳥,不就相當於小型飛機嗎?理論上講,鳥肯定可以讓自己像直升飛機那樣一直懸停不動,但鳥肯定不會到達地球另一邊。

最簡單的,我們可以從慣性去分析,飛機懸停在空中,其實慣性一直是存在的,在慣性作用下,飛機當然會隨著地球一起轉動。

從更深的物理學角度去分析,飛機和地球同屬一個慣性系。慣性系是一個非常特殊的參考系,因為在一個慣性系中,我們永遠不能透過慣性系中的任何現象判斷運動還是靜止。

其實這就是伽利略提出的相對性原理,告訴我們任何慣性系都是等價的,平權的,物理定律在慣性系中都保持相同的形式,沒有任何慣性系是特殊的。

何為慣性系?簡單理解就是靜止或者勻速直線運動的參考系。

舉個例子就明白何為「相對性原理」了。

比如說,你在一列勻速直線行駛的火車上,假設火車行駛的過程沒有任何聲音,僅憑火車內部的任何事物和現象,你永遠不可能知道火車到底是靜止的還是運動的。

你可能不服氣,於是做各種實驗,試圖證明火車一直在運動。但是很抱歉,你做的任何實驗都不可能證明火車在運動,因為你做的實驗與你靜止在地球上做的實驗結果和過程都是完全相同的。

這就是相對性原理,任何慣性系都是平權的,物理定律都表現為相同的形式,任何慣性系中的表現,與靜止參考系下的表現都是相同的,無論同時任何形式的觀測觀察或者物理實驗,都無法區分參考系本身有沒有動。

明白了慣性系的這種特點,再回過頭來看看題目中的問題。

地球就相當於一個慣性系,超大慣性系,實際上完全可以理解為「超級大的勻速直線行駛的火車」,在這樣一個超大慣性系裏,你當然無法分辨地球到底是運動還是靜止的。

如果你在懸停的飛機裏,假設12小時後飛機真的飛到的地球另一邊,飛機和地球有位移變化了,很明顯你分辨出了地球在運動,這就違反了相對性原理中的慣性系平權原則,所以,飛機相對地球不可能有位移,一直還在原來的地方不動。

實際上,這也是為什麽我們在日常生活中感覺不出地球在運動,因為地球是一個慣性系,我們屬於慣性系的一部份,就相當於待在勻速直線行駛的火車上,只能透過外部事物判斷火車是否在運動。

同理,我們通常也只能透過日月星辰,比如說太陽的升起和落下來判斷地球在運動。

這裏有必要強調一下,地球並不是真正意義上的慣性系,因此,即便在地球上,我們其實也是可以判斷地球在運動,比如說著名的傅科擺。當然,這又是另一個比較大的話題了,與我們今天所講的慣性系並不矛盾。

相對性原理和慣性系平權原則告訴我們,要想對抗地球慣性帶來的影響,必須施加外力,只有外力才能改變慣性狀態。這也是牛頓力學定理所表達的內容:任何物體在不受外力的情況下,會一直保持靜止或者勻速直線運動。

因此,飛機想要飛到地球的另一端,當然不能懸停在空中靜止不動,而需要外力作用對抗飛機的慣性,而且必須持續對抗才行,因為飛機的慣性一直存在。

而當飛機依靠外力獲得一定的速度,與地球有一定的相對速度開始勻速直線飛行之後,飛機本身又成為了另一個慣性系。如果飛機裏有一只蒼蠅,蒼蠅懸停在飛機內部上空,也不可能撞擊到飛機尾部。

而地球上空懸停的飛機,不就相當於飛機裏面懸停的蒼蠅嗎?

最後,來點較真的,何為「懸停」靜止不動?靜止,必須有參照系才有意義。說白了,飛機到底想相對於哪個參照系懸停靜止呢?

相對於地球,太陽,還是相對銀河系懸停靜止不動呢?

說到底,最後還是要相對地面懸停靜止,既然是相對地面靜止不動,又怎麽可能飛到地球另一端呢?

什麽?飛行就是懸停不動而不考慮參照系?這就等於擡杠了,沒有任何意義。

完。