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記得,上小學(xué)的時候,有一門課程叫《自然》,通過學(xué)習(xí)這門課程,掌握了不少大自然界的知識,了解了一些看似神奇現(xiàn)象背后的原理。
今天咱們就聊聊生活當(dāng)中一個有趣的自然現(xiàn)象。我們都知道,地球在不停地自轉(zhuǎn),如果讓一架無人機(jī)在空中懸停24小時,那么會不會到達(dá)地球另外一端?
這是個腦洞題,因?yàn)轭}目中無人機(jī)的高度是不確定的,環(huán)境因素也不能確定,因此網(wǎng)上出現(xiàn)了不同的觀點(diǎn)。
先看可以到達(dá)另一端的理由。無人機(jī)通過懸停是可以到達(dá)地球另一面,不過要看無人機(jī)的飛行高度,如果飛到五萬米高空懸停,就能到達(dá)地球另一面。
舉個例子。假設(shè)某人在車廂內(nèi)原地跳起,由于慣性的存在,空氣和人體是同步的,你再怎么起跳最終都會落到原地。
換個角度,如果某人在車頂起跳,車子繼續(xù)往前跑,但某人被靜止空氣阻擋了,形成了阻力,導(dǎo)致掉下來的位置已經(jīng)遠(yuǎn)離車頂了。
某人之所以感覺到風(fēng),其實(shí)不是風(fēng)吹人,而是車子帶著人奔跑,人在主動撞風(fēng),在風(fēng)中沖刺。
原理類似于沒有風(fēng)的時候,開摩托到100時速,風(fēng)就很大了,不是風(fēng)在運(yùn)動,而是因?yàn)槿嗽谧诧L(fēng)。
坐高鐵的時候你跳起來還會落在原地,因?yàn)檐噹麅?nèi)的一切受到車廂外引力作用你做的一切都包含在內(nèi)逃脫不了,打開車廂門跳出去的一瞬間是受到車內(nèi)引力影響,所以并不會安全著陸,除非你的速度大于車內(nèi)引力限制,與之對衡。
放大了說,你的速度制衡超過地球自轉(zhuǎn)才會出現(xiàn)懸停滯空,或者逃離它,出了地球引力外,外太空還有地球外部引力是大于地球內(nèi)部引力的。
除去這些還有太陽系的自轉(zhuǎn)引力,只要你能逃離滯空引力,你就會站在上帝視角觀摩。
不過,從現(xiàn)實(shí)角度考慮,無人機(jī)還是很難靠空中懸停到達(dá)地球另一端。
小學(xué)課本舉了一個非常通俗的例子,一個人在地球上向上跳,為什么下落后最終還是回到原來的位置?
對此解釋是,因?yàn)榈厍蛴形?,人相對地球是同步的,跳起的那一刻人感覺不到地球轉(zhuǎn)動,而實(shí)際上在起跳的時候就已經(jīng)跟地球同步轉(zhuǎn)動了。
與上面道理類似,無人機(jī)看似懸停在空中不動,但其實(shí)這個時候已經(jīng)在跟地球一起轉(zhuǎn)動了,后續(xù)無人機(jī)移動也是建立在以地球?yàn)閰⒄瘴锏幕A(chǔ)上的。
這可不只是慣性影響,整個大氣都在地球引力范圍內(nèi),換句話說,只要不足夠脫離地球的引力范圍,無人機(jī)懸停與在地面上本質(zhì)上沒啥區(qū)別。
這里可以把空氣想象成一種實(shí)實(shí)在在的組織,它和泥土地面本質(zhì)上是一樣的。
這里容易有個誤區(qū),就是認(rèn)為懸在半空就不受重力影響了,而這是錯的。大家可以試想一下這個實(shí)驗(yàn),把重力比做一根木棍,地球看成一個球,把木棍插在球上標(biāo)記一個點(diǎn),木棍上綁個物體,球轉(zhuǎn)動時,綁在木棍的物體因?yàn)椴逶谇蛏蠒黄疝D(zhuǎn),那物體不就會一直在標(biāo)記處沒動過了嗎?
而身處半空不就是把木棍加長了一節(jié),還是會跟著球一起轉(zhuǎn),沒有從標(biāo)記處動過。這就是無人機(jī)半空懸停24小時不會繞地球半圈的原理。
下面從力學(xué)角度來分析。
無人機(jī)在地球表面時與地球一樣旋轉(zhuǎn),當(dāng)無人機(jī)向上懸停時,垂直方向上無人機(jī)旋葉的托升力與地球重力抵消呈靜止?fàn)顟B(tài),而無人機(jī)的水平方向,不管是靜止在地面還是懸停,外力都沒有發(fā)生改變,即是之前隨地球旋轉(zhuǎn)的力和速度都是一樣的,所以無人機(jī)的垂直方向和水平方向都沒有改變,無人機(jī)仍將保持慣性狀態(tài)。
地球內(nèi)所有事物都受地球引力影響,包括空氣,除非你脫離引力。
運(yùn)動是絕對的的,靜止是相對的,天上懸停的無人機(jī)看似不動,其實(shí)跟著地球在勻速運(yùn)動,要想懸停的的無人機(jī)到地球的另一端就得換個參照物,但是這時候參照物又換成地球的話,它就變成運(yùn)動著的無人機(jī)。
突然想說,難道客機(jī)航班升空,停在那里24小時,是不是到地球另一端,連航空油都省了,按這個邏輯,飛機(jī)只要能升空就行,根本不需要向前的推進(jìn)力,衛(wèi)星離地面幾百公里高空,都能繞地球同步轉(zhuǎn),說明地球重力慣性有多強(qiáng)。
這只是廣義相對論的解釋,還有狹義相對論,甚至量子物理的解釋,沒有所謂的引力,之所以感受到引力的存在是因?yàn)橛捎谖镔|(zhì)的存在扭曲了周邊的空間,導(dǎo)致人眼睛里看到的圍繞物質(zhì)運(yùn)動都是錯覺而已。
如果無人機(jī)在空中懸停,并且能夠克服慣性的影響,理論上是可以到達(dá)地球另外一端的,但現(xiàn)實(shí)中沒有人會做這種費(fèi)力不討好的事。
企業(yè)簡介
吉林龍航無人機(jī)科技服務(wù)有限公司,成立于2016年2月,公司是一家以無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)、民用無人機(jī)駕駛員培訓(xùn)、無人機(jī)行業(yè)應(yīng)用服務(wù)、青少年航空科普教育為主營業(yè)務(wù)的《國家級高新技術(shù)企業(yè)》,現(xiàn)在長春和沈陽擁有超過100萬平米專用無人機(jī)飛行空域、2000平米無人機(jī)實(shí)訓(xùn)教室、獨(dú)立的無人機(jī)運(yùn)營中心和無人機(jī)技術(shù)服務(wù)中心,超過100架的各類型無人機(jī),可滿足各行業(yè)的無人機(jī)培訓(xùn)及應(yīng)用需求。
編輯:周佳慧 審核:周 爽 掃碼關(guān)注我們