地球自转速度每秒466米,为什么地球上的人类一
我们很容易发现,在宇宙中的天体大多数都是在自转的,小到普通的卫星,比如:月球,达到银河系都是如此。而且这种“转”不仅有自转,同时还有公转。那么问题来了,地球自转的线速度可以达到466米/秒,为什么在地球上的人感觉不到地球在转?
天体为什么都在转?
我们先从天体的“转”说起。按照目前主流的科学理论,我们知道,在46亿年前,在太阳系附近的位置,有一片长达2光年的分子云,它们后来由于某种原因发生了引力坍缩,在引力的作用下,分子云逐渐向中间聚拢,最终形成了太阳,其余的边角碎料也同样是在引力的作用下逐渐形成。
而天体在形成的过程中,分子云向中心汇聚时,会损失势能,这部分势能转化成了热能和自转动能。这就会使得天体一般都会带有角动量,而很少会出现角度量为0的情况,所谓角度量就是用来描述物体自转的一个物理量,由于太空中没有较大的摩擦力,因此,天体在汇聚过程中,为了保证角动量守恒,就会保持自转的状态,这其实和花样滑冰是很类似的。
除了自转,我们还知道天体会公转,比如,地球就是绕着太阳在公转的,公转周期大概是365天左右,也就是1年。同样地,其实太阳也在绕着银河系的质心公转。太阳的公转速度大概是240千米/秒,公转的周期大概是2.5亿年。
同样得,银河系也并非是不动的,银河系也在绕着本星系群的质心运动,速度大概是千米/秒。本星系群是一个比银河系更大的宇宙结构,其中有几十个类似于银河系的星系。同样地,本星系群也在绕转。所以,你会发现,实际上,不单单是天体,宇宙中的许多星系甚至是星系团都是在运动的,而且速度要远远快于地球的自转速度。
如果我们以地球的质心为参考系,那地球上的人其实绕着质心在运动的,速度是466米/秒;如果以太阳为参考系,地球上的人是绕着太阳做圆周运动的,速度是29.783千米/秒。如果我们以银河系的质心为参考系,则地球上的人是以240千米/秒绕着银河系质心在运动的。那么问题来了,为什么人类感受不到地球,或者太阳系,或者银河系在运动呢?
惯性
其实这个问题也曾经困扰过很多学者。最早学者们之所以支持地心说,而不是日心说,有一个很关键的原因就是地球一旦动起来,那么人类只要跳起来,就应该落到后面。但是实际上生活中,我们并没有发现这个现象,因此,当初学者们认为地球应该是不动的,那就是宇宙中的天体都绕着地球在转。
后来,哥白尼提出日心说时,许多人就用这个观点来反驳哥白尼。而哥白尼也确实没办法解决这个问题,而解决这个问题的是伽利略。他先是提出了一个著名的思想实验:萨尔维阿蒂的大船。他假设有一个人在一艘大船的船舱中,船舱是封闭的,并且船很平稳地行驶着。这个时候,船舱里的人跳起来,我们很容易知道,这个人还会落回到原地。也就是说,即便是船在运动,人跳起来后,也不会落到后面,而是落回原地,我们所在的地球其实就类似于这艘船,而人类就类似于船舱里的人,因此,人类跳起来后,不会落到后面。
伽利略不仅仅利用了思想实验,同时他还做了一个斜面实验。在这个实验中,他先拎出了一个干扰因素:摩擦力。他提出如果从同一个高度释放先去,这个时候如果是理想状态,小球还是会保持回到原来的高度,如果不能回到原来的高度,那小球就会一直保持原来的运动状态。
后来,伽利略的观点被牛顿整合到了牛顿力学的第一定律,也就是大名鼎鼎的惯性定律。从惯性定律中,我们知道凡是不受力或者合力为0的物体,都会保持原来的运动状态,而力是改变运动状态的原因。
由于地球是几乎接近于匀速的在自转,地球上的人由于惯性,也保持着绕着地球转的运动状态,也就是相对于地球面是静止的运动状态,因此,人感觉不到地球在动。
如果地球的自转时快时慢,那么人类其实就可以感觉到地球在自转,这就好比我们在汽车中,如果汽车是匀速行驶的,我们不太能感受是汽车在动,还是周围的车在动,这种现象尤其是在坐高铁时,有相邻列车靠近时,感受最明显。如果汽车是突然加速或者突然加速,我们就可以感觉到汽车在动。
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