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许多人可能有过这样的疑问:既然地球时时刻刻都在高速自转,那为什么自己高高跃起后,还会落回原地呢?
之所以没有发生位移,首先是因为我们跳得不够高也不够快。在地球周围运动的物体,如果没有达到一定的速度,都无法摆脱地球引力的束缚,这个速度就是第一宇宙速度(7.9千米/秒)。只要跳得够高够快,超过这个速度,就可以不落回到起点。
我们回到地表附近来思考。地球上的物体都会随着地球的自转运动而运动。地球自转的线速度会随着纬度发生变化,在赤道上的速度高达466米/秒。但是,我们在赤道上跳起后却不会落后于地球,这是因为我们的运动受控于惯性定律。也就是说,在不受外力作用的情况下,物体总会保持静止或者匀速直线运动。
我们在地球上跳起,就好像我们在高速直线运动的火车上跳起一样。由于跳起的人和火车同属于一个参考系中,相对于地面具有同样的速度,因此火车相对人是静止的,从火车上跳起就会落在原地。
但是得到这个观测结果很大程度上也是由于人类并不会跳得太高。如果假设从地球上跳起的是超人,飞到空中几百米甚至几千米的高度,再落下来的时候就不会落在原地了。
地球在不停自转,是一个非惯性参考系。在这种旋转体系中运动的物体会受到科里奥利力也就是地转偏向力的影响,在这种旋转体系中进行直线运动的物体会发生偏移。南北半球的大气环流方向偏移,南北半球大气气旋方向相反以及北半球河流右岸比左岸受到更强烈的冲刷等,都是受到了地转偏向力的影响。
当超人高高跳起再落下时(不考虑空气阻力的话,他的运动实际上可以被看成是竖直上抛运动和自由落体运动),会不由自主发生偏离。至于偏离的方向和距离,要取决于所处的纬度、运动的速度等。
总的说来,得出“落回原地”的结论是因为我们原地跳起前后的位置差异微乎其微,可以忽略不计。
作者 | 绿洲
新媒体编辑 | 张丽君