在巡航速度和高度下,一架客機上的重力是否減小了?我不是在說帶有拋物線飛行路徑的特殊的重力降低飛行,而只是典型的長途飛行。可能還會對飛機繞地球彎曲時的速度產生微小的影響(高度保持不變),但實際上有人知道嗎?
在巡航速度和高度下,一架客機上的重力是否減小了?我不是在說帶有拋物線飛行路徑的特殊的重力降低飛行,而只是典型的長途飛行。可能還會對飛機繞地球彎曲時的速度產生微小的影響(高度保持不變),但實際上有人知道嗎?
重力較小,但是重力有多少?無關緊要。兩個對象之間的吸引力引力由下式給出:
$ \ displaystyle F _ {\ mathrm g} = \ frac {G m_ {1} m_ {2}} {R ^ 2 } $,
,其中,
$ G $是重力常數,
$ R $是對像中心之間的距離,並且
$ m_ {1} $和$ m_ {2} $是物體的質量。
與其找到飛機和地球之間的力的變化,不如找到它的更好。重力引起的加速度變化$ g $(因為$ F _ {\ mathrm g} = m _ {\ mathrm a} g $,其中$ m _ {\ mathrm a} $是客機的質量)
我們在地球表面上有
$ \ displaystyle g = \ frac {G m _ {\ mathrm e}} {R _ {\ mathrm e} ^ 2} $
其中,
$ m _ {\ mathrm e} $是地球的質量,
$ R _ {\ mathrm e} $是地球的半徑。
對於在地球表面上方$ h $的飛機上,這變成
$ \ displaystyle g_ {h} = \ frac {G m _ {\ mathrm e} } {\ left(R _ {\ mathrm e} + h \ right)^ 2} $
採用比率,我們得到
$ \ displaystyle \ frac {g_ {h}} {g} = \ left(1 + \ frac {h} {R_ {e}} \ right)^ {-2} $
以數字為單位,對於以12公里巡航的客機而言,
$ g_ {h} = 9.773 \ \ mathrm {m \ s ^ {-2}} $,
或比海平面值低約0.37%。這很小,除了敏感的儀器之外,其他所有人都不會注意到。
@aeronalias是絕對正確的。給定地面上的重力加速度$ g = 9.81m / s ^ 2 $,一個半徑為$ R_E = 6370km $的理想球形地球,密度均勻(至少:徑向對稱),則可以計算出一個海拔高度的重力加速度of $ h = 12km $ by
$$ g(h)= g \ cdot \ frac {R_E ^ 2} {(h + R_E)^ 2} = 9.773 \ rm {m} / s ^ 2 $$
以$ g $表示,差異為
$$ g_ \ rm {diff} = 0.0368565736 m / s ^ 2 = 0.003757g $$
該問題還詢問飛機繞地球彎曲線時的離心作用,但尚未得到解答。該影響被認為很小,但與重力本身相比,並不總是如此。
我的回答中有很多反對意見,我不得不承認,我真的不明白他們的意思。因此,我已經編輯了本節,希望對您有所幫助。
通常,在圓形路徑上移動的對象會經歷離心加速度,指向遠離圓心的位置:
$$ a_c = \ omega ^ 2r = \ frac {v ^ 2} {r} $$
$ \ omega = \ frac {\ alpha} {t} $是角速度,即角度$ \ alpha $(以弧度為單位)在給定的時間$ t $(以秒為單位)中移動。
現在,讓我們考慮如上所述的“完美”地球,沒有風。氣球懸停在12公里高的赤道上的一個點上靜止,將在24小時內旋轉一圈($ \ alpha = 2 \ pi [= 360°] $)。因此它是$ \ omega = \ frac {2 \ pi} {24 \ cdot60 \ cdot60s} $。連同$ r = R_e + h $一起獲得氣球:
$$ a_ {cb} = 0.03374061 m /s²= 0.0034394098 g $$
圈出氣球飛行的距離是$ 2 \ pi(R_e + h)= 40099km $
現在考慮一架飛機在相同的高度沿赤道向東飛行,相對於周圍空氣而言為250m / s(900km / h,485kt)。 (請記住:沒有風)。在24小時內,這架飛機的飛行距離為21600公里,即圓周的0.539。這意味著飛機在24小時內繞圈旋轉了1.539圈,這意味著其角速度為$ \ omega = 1.539 \ cdot \ frac {2 \ pi} {24 \ cdot60 \ cdot60s} $。因此,飛機上的離心力向東飛行是
$$ a_ \ rm {ce} = 0.0799053814 m / s ^ 2 = 0.0081452988 g $$
同樣,可以計算飛機飛行時會發生什麼西:$ \ omega =(1-0.539)\ cdot \ frac {2 \ pi} {24 \ cdot60 \ cdot60s} $
$$ a_ \ rm {cw} = 0.0071833292 m / s ^ 2 = 0.0007322456 g $$
讓我們將這些值寫在一起以進行比較。我還添加了一個100公斤(220磅)的人由於這些影響而感到的重量:
| “重量損失” g_diff = 0.0368565736 m /s²= 0.003757 g | 376克(0.829磅)a_cb = 0.03374061 m /s²= 0.0034394098 g | 344克(0.758磅)a_ce = 0.0799053814 m /s²= 0.0081452988 g | 815克(1.797磅)a_cw = 0.0071833292 m /s²= 0.0007322456 g | 73克(0.161磅)
注意:100千克是北極的磅秤(即沒有任何離心作用)顯示的重量。人們已經在赤道上感覺到了344克的減輕。氣球並不會改變很多(但),但是向東/向西移動對重量的影響比僅靠重力要大。一個向西飛行的人甚至感覺比在地上還要重!
也許是另一張桌子,顯示了這個人的體重:
kg lb1。北極人100.00 220.462。赤道上的人99.66 219.703。赤道上的人,在氣球99.28 218.884中。赤道上的人,在向東飛行的飛機上98.81 217.84
5.赤道上的人,在向西飛行的飛機上99.55 219.47 <-大於3。
所示的數字僅在赤道上以及在東西向飛行中有效。在其他情況下,它變得更加複雜。
編輯:由於對這取決於緯度的好奇,我創建了關於飛機所經歷的絕對加速度的圖。
離心力方程中的半徑是飛機到地球軸的距離。顯然,當它離開赤道時,它會減小,而加速度也會減小。
向西飛行的飛機的速度將抵消大約57°N / S的地球速度,即沒有離心力。在更大的緯度下,飛機將繞地球軸線向相反方向飛行,再次產生離心力。
在極點附近,兩架飛機都將成為理論上的離心機。例如。飛行半徑為500m的圓圈將產生12.7g的加速度。這就是為什麼數據在那裡上升到無窮大的原因。
(進行數學運算時,必須記住,重力始終指向地球中心,而離心力指向遠離軸心。您不能只是添加它們)
您是正確的,即從地球越遠,重力越小。航空公司通常巡航約30,000-35,000英尺。我們可以將重力作用在山上作為代理測量。珠穆朗瑪峰,它是29,000英尺。
在珠穆朗瑪峰上的重力比標準的9.8N / kg低約0.434%。這意味著在海平面一磅重約為0.995磅。在29,000英尺處。或者,一個典型的180磅重的人將重179.1磅。
我認為飛機繞地球飛行的速度並不重要。任何向心力都非常小。
這是費米估計版本,以防Aeroalias答案中的數學難以理解:
據說ISS承受0.9 G(標準重力的90%在海平面上),這當然會因其軌道速度而抵消,因此內部的宇航員感覺就像他們在0G內。高-這些不是特別準確的數字,但是對於數量級估計來說已經足夠了。
因此,如果沒有任何復雜的數學運算,我們預計飛機將經歷99.9%的標準重力。 Aeroalias的答案佔99.63%,這是一個不錯的估計。
重力隨高度降低
請參見此表提供不同高度的重力:
不同高度的重力場(來源:工程工具箱) sup>
在10 km的高度上,重力為9.776海平面9.807。這是0.32%的變化,從飛機設計角度來看,我認為這是很重要的,因為它可以最大程度地減少燃油消耗。
我們可以感應到海拔高度的重力差嗎10公里?
這種差異是人類無法感知的,因此需要使用計量儀器。感知0.3%的差異僅需要一個比例。如果您“稱重” 100千克的質量,那麼在10公里的高度時,秤將僅顯示99.7千克。
注意:地球上已經存在9.78 m /s²的重力值,例如在墨西哥城和新加坡,是由於重力異常。
重力如何快速降低?
重心場靠近地球中心。地球表面距中心6400公里,重力值為9.81 m /s²或g。
每次距中心的距離加倍時,重力值除以4: 12,800公里,值為1/4克。據說這種進展是平方反比定律,它看起來像這樣:
逆曲線平方律(源) sup>
許多物理量都基於相同的定律(光強度,聲音強度,無線電信號強度)。如您所見,在3或4個地球半徑之後,變化速度已經減慢了很多,但它繼續減小並且永遠不會達到零。這意味著宇宙中的任何對像都會對所有其他對象產生影響! (但很小)。
當爬升時重力值減小,而進入地下時重力值減小。在地球中心附近,重力為零(至少這是我們所相信的,直到很長一段時間我們才能夠檢查,探索空間比行星的深度容易)。這是重力的完整圖片:
根據初步參考地球模型的重力場 sup>
重力是一種尚未被理解的令人困惑的力量。我們知道重力的局部影響,但是我們忽略了這種影響的原因。
大多數問題都與重力距離的減小有關,因為重力距地球的距離增加了,但運動也產生了離心力。這種力使太空飛船在沒有施加任何動力的情況下繞地球旋轉,並在內部造成失重-僅增加距離是不夠的。飛機也像衛星一樣繞地球飛行,速度要慢得多。
此效果在此處中進行了描述,它可以減輕感知的重量(飛機感覺更輕,內部的所有物體都更輕),但也可以增加它(取決於飛行方向與地球的自轉)。在接近聲速的速度下,這種影響大約佔質量的0.3%,因此可以與高度增加帶來的影響相提並論。
這裡的大多數答案是從“在X的高度上,您稱Y的重量”的角度出發的。讓我們扭轉一下。
在國際空間站的高度,重力大約減少10%。我懷疑您會發現不使用測量設備就能減輕10%的重量(如果可能的話,可以雙盲)。那是400公里(250英里)的高度,並且遠遠超出我們的大氣層。
人們在國際空間站上“失重”的唯一原因是他們在軌道上。
在軌道上的東西總是失重。您站立的秤以相同的速度下降。這可以在任何高度發生-如果您將球踢入軌道,則該軌道與地球表面相交,因此它無法完成該軌道。