趣谈科学|12小时后能转到地球对面吗?,悬浮在高空100米不动

这个问题最好的例子就是地球同步卫星 , 它的公转周期、自转周期都与地球同步 , 一直悬浮在地球上方 , 除了引力 , 不受其他任何力的作用 , 转一圈也是24小时 , 始终与地球同步 , 因此也叫24小时同步卫星 。
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它主要用在通讯、气象、探测地球资源 。 如果悬浮在地球上空就会跑到对面去 , 就会发生一些有趣的事情 。 比如卫星电话 , 打一半通信卫星跑了 , 没信号了 。 气象卫星主要是盯着自家空中的大气 , 阿川他家的天气预报不需要我们来报(“没有人比我更懂天气预报”) 。 如果你跑别人地盘上勘探资源 , 就有点不太讲究了 。
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闲话少叙 , 那为什么悬浮半空中12小时后 , 我们不会跑到对面呢?回答问题前审题非常重要 , 实际上这个问题想表达的 , 并非提问者想要表达的意思 , 下面先按题目的意思回答一下 , 再说说提真正的意义 。
为什么不会到另外一边去?
何为悬浮于半空之中?首先背景是大气 , 其次悬浮即与大气层相对静止 。 在大气中 , 除了热空气上升、冷空气下沉引起的空气流动 , 平常日子里 , 你感受不到风 。 如果大气相对于地球不是静止的 , 你会感受到风速以每秒463米(赤道地球自转线速度463m/s)吹起你飘逸的长发 , 然后在12小时后刮到地球对面去 。 超强台风风速51m/s以上 , 可以对比一下 , 而地球并没有天天台风 , 所以大气与地球是相对静止的 。
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如果大气没有相对地球移动 , 那悬浮在大气上的人也不会 , 因为人与大气相对静止 , 因此人与地球相对静止 。 一辆匀速行驶的车 , 车上有杯水 , 水里有条鱼 , 鱼在睡觉一动不动 。 不考虑启动的情况 , 因为地球46亿年前就启动了 。 行驶过程中水不会泛起半点波澜 , 鱼儿如果不往外望去 , 它感受不到杯子与水在运动 , 就像我们在地球上却感受不到它在自转 , 这就是悬浮在大气的情况 。
为什么大气与半空中的人会跟着转呢?
1687年 , 牛顿发表了万有引力定律 , 当时人们认为引力完美的描述一切天体的运动 。 万有引力定义两个物质会相互吸引 , 与质量成正比 , 与距离(半径)平方成反比 。 方向是两个相互吸引物体的质心连线方向 。 地球上可以忽略为地心 , 如果你手里拿一个规整的圆球 , 那么引力的方向就是圆球与地心的连线 , 也就是圆球受到的引力是由圆心指向地面 。
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一个物体在不受任何力的作用下 , 只会静止或直线匀速运动 , 这是物体所具有的惯性 。 当地球上的物体跟着地球做匀速圆周运动的时候 , 惯性会使它老想跑直线 , 也就是沿着地球的切线方向直线运动 , 引力不想让它跑就会把它往回拽 , 它就像一个无形的绳子一样 。
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如果引力突然消失 , 就像下面绳子突然间断了一样 , 物体会突然沿切线方向飞出 。
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因为引力的方向为始终与半空中的人的速度方向呈90度 , 因此它不会使人减速或者加速 , 只是起到改变速度方向的作用 。 仔细看下面 , 引力是黄色指向不断地心的方向 , 而粉色箭头为物体运动方向 , 它也是不断变化的 , 不断指向切线方向 。 (下面地球应该是转得 , 没找到合适的图)