Luftflug und Erdrotation

Was Sie vielleicht verwirren mag, ist, dass die Passage, die Sie über das Space Shuttle zitieren, von Geschwindigkeit relativ zu einem festen Bezugsrahmen spricht: einem, der relativ zu den fernen Sternen fest ist. Wenn Sie andererseits an Flugzeuge denken, die durch die Luft fliegen (oder Menschen, die am Boden entlanggehen), denken Sie an einen mitrotierenden Bezugsrahmen: fest relativ zur Erde selbst.

Jeder dieser Bezugsrahmen macht für sich genommen Sinn, aber das Mischen der beiden ergibt ein Durcheinander.

Im festen Bezugssystem muss das Shuttle mit 27.000 km/h umkreisen. Diese Geschwindigkeit ist die gleiche, egal ob sie nach Westen, Osten, Norden oder Süden kreist. In diesem Bezugsrahmen dreht sich die Erde mit 915 mph nach Osten – was auch bedeutet, dass sich das Shuttle kurz vor dem Start mit 915 mph nach Osten bewegt. Folglich erfordert "915 mph ostwärts bis 17.000 mph ostwärts" weniger Kraftaufwand als "-915 mph westwärts bis 17.000 mph westwärts".

Im gleichläufigen Bezugssystem muss das Shuttle mit 26.085 km/h umkreisen, wenn es nach Osten kreist, oder mit 17.915 km/h, wenn es nach Westen kreist. In diesem Bezugsrahmen ist die Erde stationär und das Shuttle kurz vor dem Start. "Stand bis 26.085 km/h" erfordert weniger Kraftaufwand als "Stand bis 27.915 km/h".

Der feste Referenzrahmen ist für Raumfahrzeuge sinnvoller, da er alle Umlaufgeschwindigkeiten gleich macht.

Für Flugzeuge sind wieder beide Bezugsrahmen möglich, aber in diesem Fall ist der mitrotierende Bezugsrahmen sinnvoller, da Flugzeuge durch die Luft fliegen und sich die Luft mit der Erde dreht. Fliegen wir der Einfachheit halber am Äquator entlang.

Im mitrotierenden Bezugssystem fliegt das Flugzeug mit 560 Meilen pro Stunde nach Osten oder Westen über einer stationären Erde. Um zu einem 560 Meilen entfernten Ziel zu gelangen, fliegt es eine Stunde lang.

Im festen Bezugssystem fliegt das nach Osten fliegende Flugzeug mit 1.475 mph ostwärts über der Erde, die sich mit 915 mph nach Osten dreht. Nach einer Stunde hat sich die Erdoberfläche 915 Meilen bewegt, also das Flugzeug$1475-915=560$Meilen davor. Das nach Westen fliegende Flugzeug fliegt an$915-560=355$mph nach Osten , über der Erde, die sich mit 915 mph nach Osten dreht. Nach einer Stunde hat sich die Erdoberfläche 915 Meilen nach Osten bewegt, das Flugzeug hat sich 355 Meilen nach Osten bewegt, das Flugzeug befindet sich also über dem Punkt auf der Erdoberfläche, der sich befindet$355-915=-560$Meilen östlich (mit anderen Worten, 560 Meilen westlich) des Startpunkts.

Warum bewegt sich die Luft mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Rotation der Erde? Einfach dies: Wenn sich eine Ebene schneller oder langsamer als die andere dreht, würde das Ziehen die langsamere Ebene beschleunigen und die schnellere verlangsamen.

Es gibt eine geringfügige Auswirkung auf die Auftriebsanforderung für ein Flugzeug. Ein "stationäres" Objekt auf dem Äquator bewegt sich tatsächlich im Kreis, mit einer Geschwindigkeit von einem Erdumfang pro Sterntag. Das verringert sein scheinbares Gewicht, weil es zum Erdmittelpunkt hin beschleunigt (Zentripetalbeschleunigung).
Die effektive Gravitationskonstante (g minus Zentripetalbeschleunigung) für dieses Objekt in Ruhe ist

g = 9,8 m/s^2

aber in einer 747 mit 250 m/s nach Osten reisen

g_east_at_equator = 9,753 m/s^2

und nach Westen reisen

g_west_at_equator = 9,8266 m/s^2

Es sind ungefähr 4 Promille, also könnte man darüber streiten, ob eine Übergewichtsgebühr von 40 Pfund für aufgegebenes Gepäck wirklich auf 39,8 Pfund oder 40,2 Pfund festgesetzt werden sollte.

Es gibt keinen Grund, sich um die „Entfernung von der Erde“ zu kümmern, aber Raumfahrzeuge müssen eine zusätzliche Geschwindigkeit von 465 m / Sekunde erreichen, wenn sie in eine polare Umlaufbahn eintreten, anstatt die Rotationsgeschwindigkeit der Erdoberfläche zu verwenden, um ihnen in eine äquatoriale Umlaufbahn in Richtung Osten zu helfen. Die "effektive" Erdbeschleunigung der Umlaufbahn ist natürlich Null (die Gravitationskonstante ist gleich der Zentripetalbeschleunigung).

Es ist alles in Ordnung mit all Ihren mathematischen Berechnungen. Antworten Sie mir auf eine Sache. Die Kapazität des Flugzeugs, eine Höchstgeschwindigkeit zu fliegen, ist konstant. Ich werde jetzt ein Sinario verwenden, bei dem wir eine Rolltreppe auf der einen Seite und auf der anderen Seite hinunter verwenden. Die Rolltreppenbewegung repräsentiert die Erdbewegung. Der Abstand ist fester Punkt A zu Punkt B. Wenn ich jetzt auf beiden Seiten mit der gleichen Geschwindigkeit gehe, wird die Dauer kürzer sein.

Sie scheinen mehr als eine Frage zu stellen, aber ich beschränke meine Antwort auf die explizite Frage am Ende, nämlich: "Warum spielt [die Erdrotation] eine Rolle für das Shuttle, aber nicht für ein Flugzeug?" Die kurze Antwort ist, dass es in einer Situation wichtig ist und nicht in der anderen, weil die beiden Situationen völlig unterschiedlich sind. Sie vergleichen Äpfel und Birnen, die zwei sehr unterschiedliche Bezugsrahmen beinhalten, nämlich den Weltraum und die Luftmasse, durch die Flugzeuge fliegen. Raumfahrzeuge werden gestartet, um die Atmosphäre so schnell wie möglich zu verlassen und eine Endgeschwindigkeit aufzubauen, nach der kein Schub auf das Raumfahrzeug ausgeübt wird. Sobald es die Atmosphäre verlassen hat und sich mit der richtigen Geschwindigkeit bewegt, "fällt" das Raumschiff einfach. um die Erde in einer elliptischen Umlaufbahn (ein Kreis ist ein Spezialfall einer Ellipse), völlig unbeeinflusst von der Erdatmosphäre (im Allgemeinen!). Der Weg des Raumfahrzeugs relativ zur Erdoberfläche hängt danach nur noch von seiner Höhe und seiner Neigung relativ zum Äquator ab. Beispielsweise ist die Physik von geosynchronen und geostationären Umlaufbahnen dieselbe (geostationäre ist eine Teilmenge von geosynchronen), mit Ausnahme der Position des Satelliten relativ zum Boden, der im Fall einer nicht geostationäre geostationäre Umlaufbahn. Der Grund die USA Starts aus Südflorida und europäischen Starts aus Französisch-Guayana besteht darin, die West-Ost-Geschwindigkeit der Erdoberfläche relativ zur Endgeschwindigkeit (Geschwindigkeit und Richtung) eines erfolgreich umkreisenden Raumfahrzeugs IM WELTRAUM AUSSERHALB DER ATMOSPHÄRE auszunutzen. Am Äquator bewegt sich das Raumfahrzeug bereits mit 1000 Meilen pro Stunde in genau östlicher Richtung relativ zum Weltraum, sodass weniger Treibstoff benötigt wird, um eine Endgeschwindigkeit von beispielsweise 17.000 Meilen pro Stunde in genau östlicher Richtung AUSSERHALB DER ATMOSPHÄRE zu erreichen, da die Trägerrakete muss das Raumschiff nur von 1000 mph auf 17.000 mph beschleunigen, um die Orbitalgeschwindigkeit AUSSERHALB DER ATMOSPHÄRE zu erreichen. Oh ja, wir könnten noch viel mehr besprechen, aber kommen wir zu den Flugzeugen. Segelflugzeuge ignorieren und im Gegensatz zu Raumfahrzeugen im Orbit Flugzeuge im Flug benötigen einen konstanten Schub, um die Schwerkraft durch den Auftrieb zu überwinden, der durch den Luftstrom über den Flügel erzeugt wird, und um den Luftwiderstand zu überwinden, um sich mit konstanter Geschwindigkeit fortzubewegen. Das Wichtigste ist, dass sich Flugzeuge relativ zu der Luftmasse bewegen, in der sie fliegen. Die Geschwindigkeit der Erde am Äquator (1000 mph) RELATIV ZUM WELTRAUM ist für die Flugphysik IN AIR irrelevant. Um von Punkt "A" nach Punkt "B" auf der Erdoberfläche zu gelangen, muss die Bewegung der Luft relativ zur Erdoberfläche berücksichtigt werden, aber auch die Geschwindigkeit der Erdoberfläche relativ zur Außenoberfläche Platz ist egal. Übrigens ist die Luftmenge, die man durchfliegen muss, viel wichtiger (wegen Spritverbrauch und Flugplanplanung) als die Distanz über Grund. Wenn ich' Wenn ich am Äquator fliege und die Luft stabil ist (dh es weht kein Wind), ist die Luftmenge, durch die ich fliege, die gleiche, egal ob ich nach Osten oder Westen fliege (oder in jede andere Richtung). Die Geschwindigkeit der Erdoberfläche relativ zum Weltraum ist wiederum irrelevant. Wenn es einen Westwind gibt (dh Wind aus dem Westen), dann bedeutet das, dass sich die Luftmasse, durch die ich fliege, von West nach Ost bewegt. Wenn ich 100 Meilen nach Westen fliegen will, muss ich viel mehr Luft durchfliegen, als wenn ich 100 Meilen nach Osten fliege, und das wird sich enorm auf die Flugzeit und den Treibstoffverbrauch auswirken, aber es hat nichts mit der Geschwindigkeit der Erdoberfläche relativ zum Weltraum zu tun. Erklärt dies, warum die Rotation der Erde für den Start und Flug des Shuttles wichtig ist, aber nicht für ein Flugzeug? Was die Geschwindigkeit betrifft " Sie würden die Oberfläche der Wüste nach 1,77 Sekunden treffen, etwa 2600 Fuß östlich, mit einer vertikalen Geschwindigkeit von etwa 38,6 Meilen pro Stunde und einer horizontalen Geschwindigkeit von 1.000 Meilen pro Stunde. Denken Sie daran, die Luft bewegt sich mit Ihnen, sodass Sie während Ihres Fluges keinen Windschaden erleiden. Hier ist meine Frage: Würden Sie überspringen?

Es muss ein gewisses Maß an Schlupf zwischen der Luft (die keine feste Masse ist, aber eine Dichte hat, die in Bezug auf die Feuchtigkeit schwankt, wenn die Schwerkraft sie zieht) und der Erdoberfläche auftreten, was Reibung verursacht. Je weiter man sich von der Oberfläche entfernt, desto weniger Einfluss hat die sich drehende Masse auf die sie umgebende Luft. Sogar Wasser (das viel dichter ist und stark von der Schwerkraft beeinflusst wird) hat einen gewissen Schlupf, der durch die dagegen wirkende Luft verursacht wird.

Die eigentliche Frage ist also, wie viel Luft durch den Dreheffekt und wie viel Luft durch die Schwerkraft gezogen wird, da man weiß, dass die Schwerkraft schwächer wird, wenn man sich vom Erdmittelpunkt entfernt, und auch weiß, dass Luft weniger dicht (dünner) ist als man selbst Reise weg von der Erde. Fügen Sie der gesamten Gleichung die Tatsache hinzu, dass die Schwerkraft feste Objekte mehr beeinflusst als Gase, und was bleibt, ist die Feuchtigkeit in der Luft, die wirkt, um sie durch die Schwerkraft zu ziehen.

Sobald Sie einen Punkt über den Wolken erreicht haben (wie Flugzeuge reisen), wurde die Menge an Feuchtigkeit stark reduziert und die Zugwirkung der Schwerkraft hat sich erheblich abgeschwächt, dies sollte eine größere Fähigkeit ermöglichen, der Schwerkraft und Reibung zu widerstehen, die durch das Drehen der verursacht werden Erde. Wir wissen, dass die Erde den Mond nicht durch die Rotation der Erdoberfläche anzieht, und es gibt keine Luftbewegung außerhalb der Atmosphäre.

Es muss einen Punkt geben, an dem die Rotationsreibung ihren Halt verliert und der einzige Faktor, der die Luft an Ort und Stelle hält, eine sehr geringe Anziehungskraft ist. Sobald Sie sich vom Äquator entfernen, hat das Spinnen viel weniger Biss in der Luft, da sich die Oberfläche aufgrund der Entfernung, die sie relativ zum Äquator zurücklegt, mit einer viel langsameren Geschwindigkeit bewegt, was auch die Zentrifugalkraft verringert. Dies verwässert also wieder den gesamten Gedanken, dass Reibung eine Hauptkraft in der oberen Atmosphäre ist. Plus ohne Berge und dergleichen, während über einem Ozean die Menge an Reibung, die Luft mit sich zieht, noch mehr Kraft verliert, was ein Rutschen ermöglicht. Das heißt, während sich die Erde mit einer Geschwindigkeit dreht, bewegen sich Dinge, die nicht verbunden sind, nicht unbedingt mit der gleichen Geschwindigkeit! Bewegen Sie nun die gesamte Flugbahn, um mit einem Flugzeug über den Wolken von Kanada nach Großbritannien zu fliegen.

Welche Zeiten wären zu erwarten, wenn das Flugzeug mit der gleichen Geschwindigkeit fliegt. Mir ist klar, dass es eine Grenze dafür gibt, wie hoch ein Flugzeug geflogen ist, da es Luftdichte benötigt, um in der Luft zu bleiben und sich zu bewegen. Aber ich weiß auch, dass Flugzeuge über Wolken fliegen können, wenn der Flug lang genug ist, um die Treibstoffkosten für die Anreise wert zu sein.

Diese Frage ist vor etwa 40 Jahren zwischen mir und meinen Freunden aufgetaucht, und wir waren uns einig, dass es einen gewissen Zeitgewinn (aber einen möglichen Treibstoffverlust) geben muss, wenn man auf der Grundlage der Flughöhe in die entgegengesetzte Richtung fliegt.

Wenn die Erde flach wäre, wäre natürlich alles, was oben gesagt wurde, wahr (abzüglich der Erdrotation, die der Faktor ist, den wir alle versuchen, in ein verständliches Modell zu integrieren), und die Zeiten werden von nichts außer Winden beeinflusst zwischen heißer und kalter Luftbewegung verursacht.

Wie Sie sehen, sind dies die Arten von Erklärungen, die die Flacherder antreiben, keine leicht zu erklärende Antwort kann rational gefunden werden, aber wenn Sie sie flach erden, macht es Sinn und ist sehr einfach zu erklären. Ich selbst denke, dass es eine bessere Erklärung gibt als das, was gepostet wird, es scheint fast so, als ob die Antworten aus einem vorgefertigten Text stammen, der sich der Frage vollständig entzieht. Sie können in einem Modell, das im Verhältnis zum Boden einen geringen Geschwindigkeitsverlust aufweist, keine 915-Meilen an Geschwindigkeit erreichen. Die einzige Möglichkeit, die sichtbar ist, besteht darin, dass dieses Objekt aus der Atmosphäre geschleudert wird, wo die Bodengeschwindigkeit den Raum um sich herum nicht beeinflusst Dieses Objekt sollte selbst dann nicht viel ausmachen, wenn es in die andere Richtung zeigt. Die Bewegung senkrecht zur Schwerkraft ist das einzige Hindernis, das uns überwindet. Ein leichter Schub außerhalb der Achse auf einer Seite, der nach außen abnimmt. Die Erde sollte sich beim Aufsteigen leicht zur Seite bewegen, aber der Geschwindigkeitsverlust kann nicht genau proportional zur Geschwindigkeit der Erde sein, das ergibt keinen logischen Sinn.

Das ist wie zu sagen, wenn Sie in die entgegengesetzte Richtung der Erddrehung reisen, werden Sie am Ende auf die Erde fallen, was ich mir nicht vorstellen kann, es sei denn, Sie befinden sich in der Atmosphäre ohne Zentrifugalkraft, was bedeutet, dass Sie nicht mehr mit einer Kraft angetrieben werden, die stark genug ist um die Schwerkraft zu überwinden.

Das wirft diese Frage auf. Die Verwendung einer Planetengravitation zum Schleudern ist nur möglich, wenn Sie mit dieser Planetenrotation reisen? Die Schwerkraft funktioniert umgekehrt, wenn Sie gegen sie reisen? Es wird Sie verlangsamen? Unwahrscheinlich.

Tatsächlich ist es nicht so, dass sich alle Objekte in ihrem Gravitationseinfluss mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit bewegen, wenn sich die Erde dreht$w$Selbst wenn Sie sich auf einer bestimmten Höhe befinden, bleiben Sie immer noch bei Ihrem Ausgangspunkt, aber Sie können ihm einfach widersprechen, indem Sie eine andere äußere Kraft anwenden, die Ihre Anziehungskraft aufheben kann, oder Sie können auf eine Höhe steigen, die gleich ist$infinity$
Ich habe einfach Newtons Gravitationsgesetz verwendet. Ich weiß nicht, was passieren wird, wenn wir Einsteins Feldgleichung verwenden