以恆定速度飛行的飛機如何經歷重力?如果您正在太空艙中飛行(不加速),那麼您會感到失重,直到撞到地面。為什麼不坐飛機?
以恆定速度飛行的飛機如何經歷重力?如果您正在太空艙中飛行(不加速),那麼您會感到失重,直到撞到地面。為什麼不坐飛機?
這是飛行和在軌的區別。在軌道上,您確實確實是在向地球墜落,但是航天器也是如此,並且您的飛行速度足夠快,以至於您一直在想不到地球。
在飛機上,因為它由於升力而保持在高空,這是不跌倒。這就是為什麼您會遇到重力在飛機上的原因。
某些飛機旨在減輕失重感,請參閱嘔吐彗星。
為什麼在飛機上會感到重力?
正是出於在火車上旅行時會感到重力的原因:
重力和體重
一切都很沉重
所以只有兩個表示擺脫重力加速度影響的方法:
以另一種完全相反的加速度去除重力。這是“衛星方式”。衛星自身的速度及其圓形軌跡(從衛星上看)產生與重力加速度完全相反的離心加速度。兩種加速度的影響都消失了。
去除一切阻止重力完全起作用的東西,這就是“自由下落的方式”。重力要我們跌倒,然後從地面和/或地面開始,移除所有阻止我們跌倒的東西。當我們從某個高度跳下時,我們會在短時間內處於微重力狀態,如果我們低估了時間,那麼就去醫院。這也是某些飛機在30秒鐘內訓練宇航員的方式(“ 0G飛行”)。在重力仍然存在的情況下,通過“重力流”加速其作用被抵消。
在兩種情況下,飛機和衛星都經歷“微重力”(這意味著殘餘重力約為$ \ small \ mu g $)。任何受到微重力作用的質量都是(幾乎)失重的。
對於這裡的物理學家來說,實際上只有一種情況,因為在軌衛星也可以自由下落並且沒有離心力,只要我們為觀察者選擇合適的參考系(慣性框架)。如果我們想變得更加嚴格,愛因斯坦還認為引力實際上是虛構的(我可以說),這使他發現了廣義相對論和空間-時間曲率 sup>
恆定速度與恆定速度
飛機如何以恆定速度飛行速度經歷重力嗎?
在恆定速度的軌跡中微重力永遠不會發生。
原因是因為恆定的速度是恆定的速度,也是恆定的方向:
恆定的速度意味著我們不能自由下落,否則我們
恆定方向意味著我們也不會產生任何離心加速度,因為它需要改變方向。
當衛星處於圓形軌道時,它們以恆定的速度不是 ,而是以恆定的速度。
跟隨他們或位,其位移方向會不斷調整,因此速度會不斷變化,這使他們能夠創建與重力完全相反的 離心加速度 。
我們可以在水平移動的飛機(或火車)上創建微重力嗎?
水平不是指“直線”。它的意思是與重力方向成直角(局部垂直方向),因此在水平方向上長距離移動時,我們實際上是在跟隨地球曲率。
如果飛機/火車遵循地球曲率(因此不斷改變方向),則理論上我們可以實現微重力,但是在這種情況下,我們的行進速度非常快,比國際空間站快一點( 27,560 km / h(當前時間),大約為28,460 km / h。在這種情況下,我們處於零高度的軌道上(軌道軌跡不取決於高度)。
在實際中這是不可能的,這將需要大量的動力,並且由於摩擦力,一切都會融化
飛機上的微重力會飛出一條特定的曲線
但是如中所述,有人可以一邊倒一杯水一邊倒飛會由於重力而保持飽滿?,我們可以通過飛行特定的軌跡來創建微重力。在這種情況下,我們所缺少的速度將被沿曲線方向不斷變化的速度所替代。這提供了不錯的視頻,例如與兩個不打擾的傢伙一起有趣的失重狗:
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總而言之
失重是受到微重力作用的結果,可以通過以下方法獲得:
在恆定速度下,我們需要遵循一條曲線,該曲線產生與重力完全相反的加速度。這要么需要以較大的特定速度(軌道速度)移動,要么以有限的速度進行相對較緊的轉彎。
在自由落體中,我們必須遵循向下的軌跡和永久加速度通過重力,這意味著,例如在 35秒且低6 km的情況下,我們已經開始超音速運動!不太舒服,僅在最初的35秒內!
為了在低海拔地區實現可行且持久的微重力,必須將這兩種技術結合起來。
您從不實際上根本沒有“感覺到重力” † sup>,不在軌道上,不在飛機上,也不在堅實地面上。
您在地面上感覺到的是地球壓在腳上,其作用力完全抵消了重力加速度。一旦您停止該部隊,例如通過在電梯中剪斷繩索,重力加速度將很快使您的速度向下改變,這當然會不可避免地使您回到地面(在那裡,它會痛苦地重申其向上的力...)。我們已經完全習慣了這種向上的作用力作為正常狀態,以至於我們甚至沒有註意到它是作用力,而是談論“重力作用下的作用力”,但實際上並不是真正存在的作用力。 p>
在飛機上,情況幾乎相同:您所感覺到的力是空氣在機翼周圍流動的力,將整個飛機向上推。沒有這種力,飛機將迅速停止以恆定的速度行進,而是以更快的速度向地面行進。
現在,對於在太空中運行的太空艙,這實際上也發生了:這裡沒有抵消重力加速度的力,因此處於自由落體狀態。但是因為它的水平速度非常快,所以沒有足夠的時間使其掉落到地面上-它“錯過了地球”,因此繼續了它的軌道。
† sup> 您唯一能真正感覺到重力的地方是一個黑洞,那裡的潮汐力會使您的身體伸展開來……但是從來沒有發生在均勻重力場中,任何足夠大/遠的場都近似均勻。 sub>
我們是,速度不足以使其易於觀察。實際上,在飛機上時我們會更輕一些,因為它也像宇宙飛船一樣繞地球旋轉,但是即使對於SR-71最高速度(假設3540 km / h = 983 m / s),其效果也是太小而無法理解:
$$ g = \ frac {V ^ 2} {R} = \ frac {(983 \ frac {m} {s ^ 2})^ 2} {6400000 \ m} = 0.15 \ frac {m} {s ^ 2} = 0.015 \ g $$
(g在地球上接近9.8)。甚至還不是很小,但我懷疑0.015 g的加速度是否可觀察到。對於波音747(假設為988公里/小時),僅0.0011克。
您感覺到的不是重力,而是地板(座椅等)推動著您。您從不感到重力,您感覺到身體上的力會抵消重力。在飛行飛機中,這些力來自機翼的升力,但是在軌道上卻沒有這樣的反作用力,因此即使重力一直存在,您仍會感到失重。
所有的重量感都來自於大腦組織中的各種應變或變形傳感器。因此,為了感覺體重,必須用力使您的身體變形。均勻的重力場(地球重力對於這些目的足夠均勻)在您身體的每個點上施加完全相同的力,因此不會引起變形。
另一方面,地板,座椅等支撐您的身體只能局部分佈,並且需要通過您的身體“分散”力,這會導致組織變形和“重量感”。
飛機飛行的速度不足以使其失去重量。如果跟隨地球曲率產生的離心力$ ^ 1 $ F $ _C $ = $(m \ frac {V ^ 2} {R})$,那麼在恆定高度飛行的飛機上的人將失去重力。重力($ m \ cdot g $)。
$ p m \ cdot \ frac {V ^ 2} {R} = m \ cdot g \ Rightarrow V = \ sqrt {R \ cdot g} $$
即使在巡航高度,g = 9.81 m / s $ ^ 2 $且R = 6,400 km,我們得出V = $ \ sqrt {9.81 \ cdot 6.4 \ cdot 10 ^ 6} $ = 80,000 m / s。以地球表面上方10公里的速度,您將失去重量
$ ^ 1 $使圖形更易於理解。
考慮“嘔吐彗星”飛行,他們有意沿著與保齡球在重力作用下會“飛翔”的相同下降路徑飛翔。如果您只是簡單地沿著那條飛行路線行駛,則可以進行SPLAT。
機翼是一種有趣的形狀,專門用於創建 lift 。這樣一來,他們就可以創建除該航蹟之外的其他航跡。
您在飛機上感覺到的“重力”是機翼在做自己的事情。機翼本身已經過調整,可以精確地抵消重力,因此力感與重力相同。精確抵消重力的原因是保持在相同的高度,一個ATC分配了它們,這樣它們就不會撞到其他飛機...
...或者(這有點複雜)以恆定的爬升/下降速度提供舒適性和簡便性。如果以恆定速度移動,則加速度為零,而重力是加速度效果。
這個問題的答案再簡單不過了。
在海平面上,該速度為28,500 mph。
在30,000英尺處,該速度為28,400 mph。
您的速度不夠快。
(請注意,火車或汽車的行駛速度完全一樣。如果您以28,500 mph的速度行駛TGV,您將獲得“失重”效果。您將像在太空站中漂浮一樣,在TGV中漂浮等。)
XKCD 詳細介紹了此內容。雖然其他答案涵蓋了所有物理角度,但XKCD在將科學降至易於理解的水平(強調我的觀點)方面做得很出色。像重力一樣強。空間站根本沒有逃過地球的引力;它正在經歷大約90%的表面拉力。
為避免掉回大氣層,您必須非常非常快地側身走。
您需要的速度停留在軌道上大約每秒8公里。 僅一小部分火箭的能量被用於將其提升到大氣之外;
這使我們進入了進入軌道的中心問題:達到軌道速度比達到軌道高度需要更多的燃料。使船速達到8 km / s需要大量助推火箭。達到軌道速度已經足夠困難了。在攜帶足夠的燃料以使其減速的同時達到軌道速度將是完全不切實際的。 s或所需速度的25%。