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航天飞机为什么会返回地球(当飞机冲上云霄后)

时间:2023-06-07 作者: 小编 阅读量: 4 栏目名: 科技资讯

设想一下,当一只鹰从你的肩膀上飞走后,毫无疑问,你不用再承受鹰的重量,你的负担变轻了。但是,当一架60吨重的民航客机飞离地面后,地球的“负担”会减少60吨吗?在地球引力的影响下,所有的物体都会被持续地拉向地球中心,这包括地壳,而地壳上的任何物体,我和你,还有大气层上的所有空气,还有月球,太空飞船,都受到了地球引力的影响。

设想一下,当一只鹰从你的肩膀上飞走后,毫无疑问,你不用再承受鹰的重量,你的负担变轻了。但是,当一架60吨重的民航客机飞离地面后,地球的“负担”会减少60吨吗?两个看似同样的问题,却不会有同样的答案,因为后者所涉及到的物理学知识并没有我们想象的那么简单。

首先给出答案:地球仍在承受飞机的重量。

问题的核心在于,飞机的重量是由空气来支撑的,如果没有空气,飞机将坠落。反过来,地球的大气层是由地球表面的万物来支撑的。到这里,答案已经非常清晰明了,但背后的物理学知识并不简单。

在地球引力的影响下,所有的物体都会被持续地拉向地球中心,这包括地壳,而地壳上的任何物体,我和你,还有大气层上的所有空气,还有月球,太空飞船,都受到了地球引力的影响。然而,万物都在抵抗地球引力,地核支撑着地幔,地幔支撑着地壳,地壳支撑着地表上的一切,包括你、我和大气层,而轨道力学支撑着月球和太空飞船。

飞机一旦起飞,其重量不会消失,不管它飞多高,只要它是依靠空气动力学来飞行的,它的重量都会被转移到大气层上来。因此,当一架飞机冲上云霄,大气层的重量就会增加几十吨。(值得一提的是,大气层本身是非常重的,重达5000多万亿吨,只是由于压力的作用,我们感受不到而已。)飞机虽然离开了地面,但地球表面仍然要承受几十吨的重量,只不过地球与飞机之间多了大气层这个“中间人”而已。

为了证明这一点,我们可以做一个思维实验。假设一个密封的,充满足够的空气的罐子里有一只苍蝇,罐子底下有一个非常灵敏的电子秤。当苍蝇停留在罐子底部时,我们记录下罐子的重量,而当苍蝇在罐子内稳定飞行时,电子秤上显示的数值会变吗?答案是不会。当我们把苍蝇比作飞机,罐子比作地球,道理是一样的。

就算你把罐子换成一个装大米的筒形粮仓,苍蝇换成无人机;甚至,你造一个面积像机场一样大的罐子,苍蝇换成直升飞机,结果都是一样的(但是你得设计一个巨大的秤)。

当一架飞机以很低的高度在你头顶上飞过,你能感受到飞机强大的向下气流(如果是直升飞机,你的感受更强烈)。然而,当飞机爬升到更高的位置时,飞机在空中向下推动的力(在航空术语中称为“下洗”,即机翼产生升力时引发流经机翼的气流向下运动)会越来越大,这个力由大气层来承受,但也会间接转移给地表。

但是,这其中也会有一点小意外,虽然地球仍要承受飞机几十吨的重量,但随着飞机的爬升,地球所承受的飞机的重量是会减小的。因为重力会随着距离的增加而减小,当飞机爬升到巡航高度时,飞机的所受的引力会减小大约0.2%。

另外,如果飞机是向东飞行的,飞机所受的引力也会变得更小,这是因为地球是自西向东转的,角动量会增加离心力,会抵抗一部分的重力,影响很小,但是可以测量的。相反,如果飞机向西飞行,所受的引力就会稍微增加。飞行方向的不同,也会增加或减少地球所承受的重量。

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