为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?

为什么飞机离开地球表面那么久,而不用考虑地球自转的速度,难道惯性可以一直存在吗?,第1张

为什么飞机离开地球表面那么久,而不管地球自转的速度?惯性能一直存在吗?

你说的没错,惯性一直存在。无论飞机是否离开地球,它始终以旋转的地球为参照物,其速度是相对于地球自转的表面线速度而言的,与它是否与地球接触或在大气中无关。即使人造地球卫星离开大气层,其速度也是相对于地球自转的表面线速度而言的。这也是航天发射尽量选择纬度低的地方的原因,因为纬度越低,自转速度越高,飞船以这个速度很容易达到第一宇宙速度。火箭可以节省大量燃料,相当于提高了运输能力。

赤道附近的库鲁航天发射场

我们知道人造卫星的第一宇宙速度也叫公转速度,是7.9 km/s,而且是相对于地球的重心,而不是相对于地球表面。这时,地球可以看作一个质点。大象在赤道附近的线速度达到40000/(3600 x24)= 0.46km/s,所以在赤道附近,卫星只要相对于地球表面以7.9-0.46=7.44 km/s的速度运动,就可以绕地球运行。同样,沿着地球自转方向发射卫星比逆着地球自转方向发射卫星省力。都是因为惯性。

当然我知道题主这里说的“惯性是否一直存在”是指平面随地球旋转的惯性趋势是否还存在。根据牛顿力学,惯性是物体本身的属性,物体的质量是衡量惯性的唯一尺度。所以只要飞机在那里,它的惯性就在那里。

然而,马赫认为惯性与重力密不可分。他认为惯性不是物体的固有属性,而是宇宙中其他物质作用的结果。在非惯性系中,“惯性力”不是虚势,而是引力的一种表现形式,是宇宙中其他物质对它的总作用。爱因斯坦吸收了他的精华,从惯性质量等于引力质量这一事实出发,提出了等效原理,创立了广义相对论。这个等价原理就是引力场和惯性场是局部等价的。地球、月球、太阳等行星在Tai 空形成的引力场非常复杂,因此人造卫星的惯性场也非常复杂。人造卫星从地球发射后,在近地轨道内主要受地球引力场的影响,惯性趋势仍是其离开地球前地球表面的运动趋势。

飞机在远低于近地轨道的大气层中飞行,其惯性受到地球表面运动趋势的影响。卫星离地球越远,受地球影响越小,受月球、太阳等行星影响越明显。

地球和月球之间有一个引力平衡点。探月卫星沿着地月转移轨道到达这个平衡点时,只考虑月球引力,不考虑地球的影响。它的惯性只受月球引力场的影响。同样,那些行星际探测器的飞行情况也会更加复杂。可见,科学家对航天器轨道的计算和设计是非常复杂的,要考虑的因素很多,尤其是惯性。计算公式绝不是几个简单的万有引力公式。当然,目前牛顿力学足以解决这些问题,而随着人类探测能力的提高,广义相对论也必将发挥越来越重要的作用。

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