假如直升机一直悬停,24小时之后能绕行地球一圈吗?

百科   2024-11-11 20:46   辽宁  

有一句古老的哲言说:“移动的并非移动,静止的并非静止。”这似乎正是对直升机与地球关系的绝妙注解。设想一下,直升机悬停在空中,地球则一刻不停地自转。那么,按此逻辑,直升机在空中停滞一日,便可环游世界一周。

但现实情况似乎并非如此。直升机一旦升空,除非它有意向前后左右移动,否则它便会稳稳地停在原地,丝毫没有开始环游世界的迹象。这是为何呢?

首先,让我们来探讨一下,直升机何时才算真正的“悬空”。有人可能会说,当直升机升空时,自然就算是悬空了,这难道不是明摆着的吗?然而,答案远比这复杂。

想象一下,在高速公路上匀速行驶的一辆车,车内有一只蚊子悬停在空中。此刻,这只蚊子算是悬空了吗?

尽管蚊子看似已经悬停在空中,但实际上,它仍与车内的空气一同以车辆的速度在移动。在这种状态下,哪怕蚊子在空中停滞千年,它相对于车辆的位置也不会发生丝毫改变。

同样的原理也可以应用到直升机与地球的关系上:当直升机升空后,它和周围的空气其实都是随着整个地球一同转动的,因此,直升机如果不主动移动,它相对于地球的位置就不会改变。

从科学的角度解释,匀速行驶的车辆此时处于一个“惯性参考系”中,相对于地面这个“绝对参考系”在移动。当我们站在地面上观察这辆汽车时,任何的“悬空”(即相对于汽车的悬停)实际上并不是真正的悬空,而是与车辆一起高速移动。

那么,怎样才能让直升机“真正”地悬空呢?

答案其实很简单。如果在宇宙中放置一个巨大的起重机,将直升机吊起,悬在空中,就像下图所示。此时,地球自顾自地转动,而直升机则保持相对于地球轴心的位置不变。如果能做到这一点,那么直升机确实可以实现“悬停24小时、环游世界一周”。

因为直升机实际上一直停留在同一个位置,而地球却在不断旋转,按照常理,直升机保持这种状态24小时后,就相当于相对于地球绕行一圈。

我们暂且不考虑是否能制造出如此庞大的起重机,只考虑直升机本身会面临什么情况。

我先提一个问题:有人敢徒手触碰下面这个砂轮吗?可能只有疯子才敢这么做。大家之所以都知道这种行为等同于自杀,是因为你的手是静止的,而砂轮在高速旋转,两者间的相对运动会产生巨大的摩擦力,足以将你的手磨得血肉模糊。

同理,当我们试图将直升机悬吊起来时,地球就如同一个巨大的砂轮,带动着周围的空气,与静止的直升机产生剧烈的摩擦。

那么,这种相对运动的速度有多大呢?我们只需查看地球赤道上的线速度便可知晓,这个相对运动速度为465.1米/秒,转换成时速约为1700公里。而一场最剧烈的飓风风速才多少呢?答案是250公里每小时——这个速度只是1700公里每小时的一个零头而已。

因此,可怜的直升机在如此高速的相对运动下,将会受到来自地球大气的高达1700公里每小时的吹拂,最终可能在风中散架。

如果我们非要实现直升机“悬停24小时、环游世界一圈”的壮举,应该怎么办呢?

如果我们非要实现真正的“悬停24小时”挑战,我们需要让直升机做到以下几点:

首先,直升机起飞后,需要朝着地球运动的反方向加速,直至达到时速1700公里每小时,以此模拟出“直升机被吊起、相对地轴不动”的真正悬停效果。而著名的F-35战斗机,其最大飞行速度约为1900公里每小时,因此我们的直升机需要加速至与F-35战斗机相同速度。

我们的直升机需要飞得跟F-35战斗机一样快

然后,直升机需保持相同的方向和速度,连续飞行24小时。在此过程中,直升机需克服巨大的空气阻力,而这种阻力正是由于直升机与空气间巨大的相对速度造成的。目前尚无人类技术能让一架飞机在不进行空中加油的情况下,以如此高速持续飞行这么长时间。

最后,在经过24小时的“模拟悬停”后,我们的直升机就完成了“环游世界一周”的壮举。

有人可能会说:什么?我要让直升机以1700公里每小时的速度往一个方向飞?如果直升机这样飞,难道不是本来就可以环游世界一周吗?那这还算是悬停吗?

所以问题的实质是:只有让物体在地球上高速运动起来,才能够相对地球的中心保持静止,实现所谓的“悬停”;而当我们让直升机起飞、相对地球静止时,从地球之外看,直升机其实是在跟随地球高速运动,并没有“悬停”,直升机也不会与地球之间产生相对运动。这就是“相对运动”的含义。

举个例子,如下图所示,你以为在高速行驶的汽车上向上抛出一个球就是让球“悬停”了?其实不然,从站在地面上的人看来,只有你将小球向后高速发射,才能使这颗小球真正地“悬停”在空中。

如何让汽车上的小球“悬停”在空中?

总结来说

直升机慢慢悠悠垂直飞到空中,并非真正的悬停。只有当直升机朝某个方向高速飞行时,我们才能认为它是相对地球“悬停”在空中,只有在这个时候,才能实现“悬停24小时、环游世界一周”的效果。然而,从地球表面的人看来,为了实现“真悬停”,直升机需要一路飞驰而去——这其实就是飞机的正常飞行状态。

因此,“相对运动”的真谛在于——一切运动都取决于你的参考系,尤其在我们面对“悬停”这种似乎天生就需要选取参考对象的运动方式时。



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