Разбираемся, почему вращение Земли не влияет на дальность полета самолета
И почему с запада на восток самолет летит быстрее?
То, что наша планета вращается вокруг наклонной оси с запада на восток, известно каждому школьнику. Но кто может сходу ответить, почему вращение Земли не влияет на расстояние между точками на ее поверхности? Не должно ли вращение нашей планеты «помогать» самолетам, летящим в западном направлении? Разбираемся ниже.
На самом деле ответ прост: самолет вращается вместе с Землей. Воздушные судна летают над поверхностью нашей планеты, поэтому единственное, что имеет значение, – это расстояние.
А расстояние – это физическое измерение, которое не меняется, независимо от того, в каком направлении вращается Земля. Кроме того, вместе с планетой вращается и атмосфера, в которой летит самолет. В широком смысле Землю и атмосферу можно рассматривать как единую целостную систему.
И любое тело, будь то воздушное судно, корабль, машина, человек, гепард или муравей, которое находится на Земле или над ней, будет двигаться с той же скоростью, что и поверхность нашей планеты. На экваторе эта скорость составляет около 1670 км/ч.
Так что если у вас есть дом в Сингапуре или Найроби (оба города расположены очень близко к экватору) и вы смотрите телевизор в своей гостиной, вы тоже движетесь со скоростью 1670 км/ч. Причем постоянно! А вы думали, что лежите и отдыхаете на диване?
Если разбираться в вопросе глубже, из-за вращения Земли атмосфера и все, что в ней находится, подвержены определенным физическим силам. Одна из них известна как сила Кориолиса, которая получила свое название из-за имени французского ученого Гаспара-Гюстава де Кориолиса, впервые описавшего ее в статье 1835 года.
Это эффект, при котором масса, движущаяся во вращающейся системе, испытывает силу (силу Кориолиса), действующую перпендикулярно направлению движения и оси вращения планеты. Обычно на Земле эффект заставляет перемещающиеся вдоль поверхности объекты отклоняться вправо (по отношению к направлению движения) в северном полушарии и влево – в южном.
wikipedia.org
Кроме того, эффект Кориолиса играет важную роль в формировании циклонических погодных систем. За счет него в различных частях земного шара формируются совершенно разные схемы воздушных потоков – в отличие от ветровых течений или потоков, связанных с местными погодными условиями. Эти движения ветра могут существенно влиять на скорость полета самолетов.
Это означает, что в зависимости от направления полета существует вероятность увеличения времени перелета между двумя городами, расстояние между которыми остается прежним. В результате путь из Лондона в Нью-Йорк занимает почти на час больше, чем путь из Нью-Йорка в Лондон.
В итоге можно сказать, что вращение Земли все же влияет на то, насколько «далеки» друг от друга объекты, но лишь косвенно. Движение планеты вокруг своей оси не оказывает воздействия на расстояние, которое преодолевает самолет, зато влияет на время полета воздушного судна между двумя точками на поверхности Земли.
Когда скорость автомобиля составляет 120 км/ч, почему муха в автомобиле не попадает в заднее стекло: математическое объяснение
Почему скорость мухи внутри машины равна скорости автомобиля?
Вы наверняка не раз сталкивались с ситуацией, когда к вам в машину залетала муха, овод, комар или оса. К сожалению, не всегда так легко выгнать насекомых из салона автомобиля. В итоге очень часто подобные пассажиры путешествуют в машине вместе с нами. Но вы когда-нибудь задумывались, почему, например, муха летает внутри салона и не попадает в заднее стекло, когда машина движется на скорости 120 км/час? То есть насекомые в машине ведут себя точно так же, как будто автомобиль стоит на месте. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить школьную физику.
В мире науки есть такая поговорка: «Стационарность относительна, а движение абсолютно». В физике изменение положения объекта называется движением. Движение – это универсальный закон объекта. Вся Вселенная движется абсолютно. Стационарному объекту нужен объект в качестве эталона. Таким образом, движение и неподвижность являются понятием относительным.
Представьте, что, садясь в машину, вы увидели в салоне муху. Когда автомобиль начинает двигаться, сила (толчок) инерции заставляет вас двигаться вместе с автомобилем. Это будет происходить только во время ускорения автомобиля. Как только автомобиль разовьет постоянную скорость, сила инерции больше не будет сильно воздействовать на вас, вдавливая вас в сиденье.
Если вы бросите мяч прямо внутри машины, которая развила постоянную скорость, мячик поднимется и опустится точно так же, как если бы автомобиль стоял на месте. Почему так происходит? Все дело в том, что в машине в момент разгона все было разогнано (ускорено) до одинаковой скорости – вы, мяч, воздух и насекомое.
Попробуйте провести эксперимент: сделайте небольшой маятник (привяжите к веревке груз) и подвесьте за веревку в машине. Далее при разгоне вы увидите, что пока автомобиль ускоряется, веревка будет отклоняться и висеть под углом. Веревка будет тянуть объект (груз) вперед, чтобы разогнать его до той же скорости, с которой движется автомобиль.
Но как только автомобиль будет ехать с постоянной скоростью, веревка с грузом будет висеть вертикально вниз. То есть точно так же, как если бы автомобиль стоял на месте. При постоянной скорости веревка не будет тянуть объект вперед.
Теперь вернемся к мухе или любому насекомому, которое залетело в машину. Представьте, что насекомое влетело в салон и село на сиденье рядом с вами. Когда автомобиль начнет разгоняться, муху будет прижимать к сиденью точно так же, как и вас.
Как только автомобиль разгонится и начнет двигаться с постоянной скоростью, муху перестанет тянуть вперед. В этот момент муха не будет знать, движется автомобиль или стоит на месте. Муха сможет летать в салоне автомобиля, находящегося в движении, точно так же, как если бы находилась в комнате квартиры или дома. То есть при постоянной скорости машины мухе не нужно лететь вперед, чтобы не отставать от машины.
Точно так же ведет себя и маятник, подвешенный в машине. При постоянной скорости машины веревке не нужно тянуть груз вперед.
А как будет, если муха, залетев в стоящую машину, не сядет на сиденье, а останется летать, когда автомобиль начнет ускорение? В этом случае мухе придется немного лететь вперед, чтобы ускориться вместе с автомобилем. Это будет необходимо, пока машина будет разгоняться. Кстати, на самом деле мухе не нужно сильно лететь вперед. То есть не так сильно, как если бы муха пыталась снаружи не отставать от машины.
Все дело в том, что насекомые очень легкие и воздух в салоне оказывает на нашу муху большое влияние. Когда машина начала разгоняться, внутри нее все начало разгоняться с той же скоростью. В том числе и воздух в салоне. Воздух в машине, разгоняясь вместе с ней, толкает вперед и насекомое.
Поэтому чтобы поспевать за ускорением машины, мухе нужно мало энергии, чтобы двигаться вместе с автомобилем.
Простой эксперимент, объясняющий как ведут себя объекты в автомобиле, который разгоняетсяТак что если муха хочет оставаться внутри машины прямо перед вашим носом, она должна лететь немного вперед, когда машина набирает скорость. Но когда машина движется с постоянной скоростью, ей нужно лишь зависнуть на месте.
Что говорят физики? Муха, которая находится внутри машины, имеет нулевую скорость относительно машины. Если машина движется со скоростью 120 км/час, с точки зрения наблюдателей, которые стоят на обочине дороги, автомобиль, вы и муха в салоне движетесь со скоростью 120 км/час (относительно стоящих на дороге наблюдателей). По отношению к любому, кто сидит с вами в машине, вы просто сидите в машине, не двигаясь ни с какой скоростью.
По той же причине когда вы едете в поезде, который движется со скоростью 120 км/ч, вы можете самостоятельно идти по проходу, не бегая со скоростью 120 км/час. В этом случае вы идете по полу, который движется со скоростью 120 км/час.
Один из первых, кто заметил это явление, был Галилей. Он прекрасно описывает это явление в своем главном сочинении «Диалог о двух системах мира»:
«Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми; пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в нем маленькими рыбками; подвесьте, далее, наверху ведерко, из которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу.
Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая какой-нибудь предмет, не придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и если вы будете прыгать сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Прилежно наблюдайте все это, хотя у нас не возникает никакого сомнения в том, что пока корабль стоит неподвижно, все должно происходить именно так. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно.
Прыгая, вы переместитесь по полу на то же расстояние, что и раньше, и не будете делать больших прыжков в сторону кормы, чем в сторону носа, на том основании, что корабль быстро движется, хотя за то время, как вы будете в воздухе, пол под вами будет двигаться в сторону, противоположную вашему прыжку, и, бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать ее с большой силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем когда ваше взаимное положение будет обратным; капли, как и ранее, будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадет ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдет много пядей; рыбы в воде не с большим усилием будут плыть к передней, чем к задней части сосуда; настолько же проворно они бросятся к пище, положенной в какой угодно части сосуда; наконец, бабочки и мухи по-прежнему будут летать во всех направлениях, и никогда не случится того, чтобы они собрались у стенки, обращенной к корме, как если бы устали, следуя за быстрым движением корабля, от которого они были совершенно обособлены, держась долгое время в воздухе; и если от капли зажженного ладана образуется немного дыма, то видно будет, как он восходит вверх и держится наподобие облачка, двигаясь безразлично, в одну сторону не более, чем в другую.
И причина согласованности всех этих явлений заключается в том, что движение корабля обще всем находящимся на нем предметам, так же как и воздуху; поэтому-то я и сказал, что вы должны находиться под палубой, так как если бы вы были на ней, т. е. на открытом воздухе, не следующем за бегом корабля, то должны были бы видеть более или менее заметные различия в некоторых из названных явлений: дым, несомненно, стал бы отставать вместе с воздухом, мухи и бабочки вследствие сопротивления воздуха равным образом не могли бы следовать за движением корабля в тех случаях, когда они отделились бы от него на довольно заметное расстояние; если же они будут держаться вблизи, то, поскольку сам корабль представляет собой сооружение неправильной формы и захватывает с собой ближайшие к нему части воздуха, они без особого усилия будут следовать за кораблем; подобным же образом мы видим при езде на почтовых, как надоедливые мухи и слепни следуют за лошадьми, подлетая то к одной, то к другой части их тела; в падающих же каплях различие будет незначительным, а в прыжках или брошенных телах — совершенно неощутимым.»
Это наблюдение привело Галилея к утверждению, что законы механики инвариантны при изменении инерциальных систем отсчета. В настоящее время считается, что не только законы механики, но и законы физики должны быть инвариантны при изменении любой системы отсчета. фундаментальный принцип физики, называемый принципом относительности.
Ограничивая себя механикой, это означает, что нет никакого механического эксперимента, способного обнаружить абсолютное движение инерциальной системы отсчета. Это правило на самом деле содержится в первом законе Ньютона (который принадлежит Галилею). Когда муха попадает в машину, движущуюся на скорости 120 км/ч, ее скорость по отношению к земле становится также 120 км/час.
Когда муха поднимается вверх, как утверждает этот первый закон Ньютона, скорость мухи должна сохраниться на уровне 120 км/час, так как нет силы, толкающей или тянущей муху в горизонтальном направлении. В итоге муха может лететь в машине со скоростью 5 м/сек, несмотря на то что автомобиль едет на скорости 120 км/час. То есть точно так же, как если бы муха находилась на улице, летя над поверхностью земли.
Будут ли светить фары автомобиля на скорости света: теоретические рассуждения
Что произойдет, если вы путешествуете со скоростью света и включаете фары?
Один из самых популярных вопросов в физике, которые задают обычные люди, звучит так: «Что произойдет, если вы едете со скоростью света и включаете фары?». Казалось бы, об этом уже сказано все, что только можно. Но физика – удивительная штука. Объяснений никогда не бывает много. Многие вещи о нашей Вселенной можно рассказывать вечно. Итак, давайте представим, что произойдет с автомобилем, если разогнать его до скорости света и включить передние фары. Увидим ли мы свет перед машиной? Загорятся ли вообще фары? Включите свое воображение, будет интересно.
Тех, кто не любит мысленные эксперименты и хочет сразу получить простой ответ, сразу разочаруем: даже теоретически разогнать автомобиль до скорости света не получится. Почему? Все дело в том, что наш вопрос противоречит специальной теории относительности Эйнштейна, в которой говорится, что ни один объект с массой не может двигаться со скоростью света или выше.
Специальная теория относительности предсказывает, что если вы берете массивную частицу и продолжаете прикладывать к ней силы, она движется все быстрее и быстрее, медленно приближаясь к скорости света, но никогда не достигая ее. Прямо сейчас, например, в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, находящемся около Женевы, протоны летают с колоссальной энергией 3,5 ТэВ. Это означает, что протоны движутся на скорости 99.999994% скорости света. Но даже если удвоить энергию, протоны все равно не достигнут скорости света. Да, эта скорость будет выше 99.999994% скорости света, но все равно не 100%.
Конечно, нам всегда нужно помнить, что мы можем и ошибаться. В том числе и самые умные физики на планете. В том числе есть доля вероятности, что теория Эйнштейна также неверна. Но эта вероятность ничтожна. Дело в том, что тому, что Эйнштейн прав, есть много доказательств. Для примера: если бы теория относительности была неправильная, человечество не смогло бы запустить Коллайдер. Также если бы не теория относительности, человечество не изобрело бы спутниковые GPS/Глонасс-устройства.
Майкельсон и Морли обнаружили в 1887 году, что свет распространяется с одинаковой скоростью, а также, что свет распространяется в вакууме, а не в эфире, который не существует, как полагали ученые до 1887 года. Кстати, результат эксперимента Майкельсона и Морли не имеет смысла без специальной теории относительности.
Вся современная физика (и технологии) построена на основе специальной теории относительности, которая уже долгое время не раз доказала свою точность. Так что если вы хотите доказать, что Эйнштейн ошибался и что, например, можно разогнаться до скорости света, тогда для начала вам придется пробить большой бетонный барьер из огромного числа доказательств, выведенных экспериментальным путем.
Одна из причин, почему многие люди до сих пор смущены теорией относительности, заключается в том, что она бросает вызов повседневному опыту. Например, если я нахожусь в ж/д вагоне, который движется со скоростью 60 км в час, и бросаю быстро мяч со скоростью 90 км в час, кто-то, стоящий на перроне вокзала, увидит, как мяч движется со скоростью 150 км в час. Кажется, та же логика должна работать и со светом. Но это не так.
Странные вещи случаются, когда вы приближаетесь к скорости света, и они становятся еще более странными, когда вы понимаете, что ваши учителя физики в старшей школе (возможно, случайно) солгали вам. Многие из вас, мы надеемся, помнят школьную физику. В таком случае вы должны помнить уравнение Ньютона: F = ma.
Расшифровывая эти символы в уравнении, вы должны вспомнить, что если вы прикладываете постоянную силу к частице, она должна испытывать постоянное ускорение. Если исходить из этого, то получается, что если мы применяем силу к частице достаточно долго, то она продолжает ускоряться и в конечном итоге она должна превысить скорость света. Вуаля! Уравнение Ньютона (по крайней мере, для света) неверно.
Но что происходит, когда вы приближаетесь к скорости света и включаете в транспортном средстве фары? С вашей точки зрения, ничего или, по крайней мере, ничего особенного. Если бы вы держали перед собой зеркало, вы бы выглядели так, как всегда. На самом деле одна из удивительных вещей в специальной теории относительности заключается в том, что, если вы не будете смотреть на все окружающее вас пространство за бортом транспортного средства, вы не сможете сказать, движетесь ли вы вообще.
Но с точки зрения людей, стоящих в стороне, все выглядит действительно круто. Стационарные наблюдатели заметят, что ваш космический корабль (или гоночный автомобиль, способный разогнаться до 99% скорости света) сжимается вдоль направления движения. Вас же наблюдатели увидят сплющенным, как будто ваше тело попало под гигантский камень.
Также наблюдатели смогут видеть ваши часы – ваше сердцебиение, вашу речь, ваш компьютер, но все циклы внутри автомобиля будут работать медленно. Это правда, но совершенно незаметно для вас, когда вы находитесь внутри транспортного средства, движущегося на околосветовой скорости. Для вас внутри машины будет все как в повседневной жизни.
То есть время в вашей машине, которая мчится по просторам Вселенной на скорости, близкой к скорости света, замедлится. Для вас в автомобиле одна секунда будет также равна одной секунде. Но ваши часы не будут синхронизироваться с теми, которые вы оставили дома. В итоге ваши часы будут отставать. Частоты света, попадающие на вас, также начнут сдвигаться. Красный спектр света сместится к синему. Если вы зажжете ваши фары на скорости, близкой к скорости света, то спектр света их сместится к ультрафиолету.
Еще более странным является тот случай, когда два космических корабля движутся навстречу друг другу на 99% скорости света. Здравый смысл подсказывает, что капитан каждого корабля должен видеть другого, летящего к нему быстрее скорости света. Но это не так. Одним из результатов постоянной скорости света, согласно теории относительности, является то, что все относительные скорости будут меньше, чем вы думаете. В нашем примере каждый капитан будет видеть, как другой приближается к нему на 99,995% скорости света.
Возвращаясь к первоначальному вопросу (который, кстати, задавал себе и молодой Эйнштейн, благодаря чему на свет и появилась теория относительности), что произойдет с фарами автомобиля или космического корабля, если их включить, разогнавшись до скорости света, вот какой вывод можно сделать.
По мере того, как вы приближаетесь к скорости света, время становится все медленнее и медленнее по сравнению со временем стационарных наблюдателей. Поэтому если вы действительно хотите знать, что же все-таки произойдет с фарами на скорости света, вы должны знать, что ничего не произойдет, поскольку на этой скорости время остановится! А это означает, что когда время останавливается, ничего не может произойти. Но это нормально, потому что ничто не может двигаться быстрее света, что имеет вес.
Драфтинг, воздушный мешок, зона разряжения. Что это такое и как им пользоваться?
Мегакраткий курс аэродинамики для начала. Если предельно всё упростить, то движение автомобиля с ростом скорости превращается в работу по преодолению сопротивления воздуха. А из каких-то там законов газодинамики (или не из них вовсе, лень гуглить) следует, что до какого то предела скорости автомобиля сопротивление, оказываемое воздухом линейно, а вот дальше уже возрастает по параболе (квадратичная зависимость). Основная мысль абзаца — у любого автомобиля есть такая скорость, после которой воздух начинает усилено сопротивляться движению сквозь него. Чем лучше аэродинамика, тем выше будет эта скорость, но думаю, что для большинства серийных автомобилей эта граница находится еще в первой сотне.
Проще говоря, если для того, чтобы двигаться со скоростью 100кмч мы тратим 25кВт, то для движения со скоростью 200кмч нам потребуется уже 100кВт. Это обстоятельство сильно мешает ездить быстро на электромобилях, по крайней мере пока ёмкость батареек не перешагнула за отметку 100кВт*ч. Но есть одна хитрость, которая известна всем гонщикам и многим велосипедистам.
Суть процесса — если максимально сблизиться с впереди идущим, то большая часть воздушного сопротивления перестает действовать на того, кто находится позади т.е. в зоне разряжения воздуха. Особенно хорошо это работает, если транспортное средство перед нами будет намного больше нашего. Междугородний автобус или еврофура — это, пожалуй, идеальный вариант. При условии, что мы целиком попадаем в эту «красную» зону, то нас даже начнет немного подталкивать сзади и сопротивление воздуха превратится в подмогу воздуха)))
Все это хорошо в теории, но ПДД предписывают соблюдать дистанцию, да и в некоторых гонках использование этого эффекта под запретом. Тем не менее эффект сохраняется и на достаточном удалении от впереди идущего, что подтверждается моим экспериментом в ходе которого я проехал 30км по трассе на Хлевное с расходом 1квт энергии на 11.5км, что в пересчете на полностью заряженную батарейку должно давать более 250км на одном заряде, против обычных 120-140км. При этом, особое внимание скорости — 90км/ч, это уже можно жить. Тогда как рекордные дистанции пробега на всяких там Теслах устанавливаются при движении на скоростях порядка 40км/ч!
PS:Тут главное не терять бдительность, передний бампер на Лиф никогда не окупится этой экономией))))
PPS: Резина на передний оси не какая-то эко-зелёная, а старый-добрый Мишлен Пилот. Вот и думайте теперь, на что идут основные потери…
83 красивые цитаты про скорость
Сейчас скорость изменений такая, что иногда кажется, что самое интересное происходит пока ты моргаешь.
Опять жара, она сменила вьюгу, И солнце раскалилось добела. А я боюсь, Земля собьётся с круга, Такую скорость техника взяла.
Если художник отказывается жертвовать качеством во имя скорости, то именно за это его нам всем и следует уважать.
Кошки бегают быстрее, но лисы могут бежать дольше.
Он заигрался с вечностью. Мчит, не сбавляя скорости. Дышит теперь бесконечностью. Вольный. Взлетает с легкостью. Странный. С налетом беспечности. Брезгует он осторожностью. Глупый. В глаза его дерзкие Кто-то смотрит с влюбленностью.
Будьте сильными — как гром, а быстрыми — как молния!
— Какие чувства вы испытываете на скорости 300 км/ч? — Чувствую себя нормально.
Когда я стремлюсь к победе, я всегда нахожу в себе ещё немного больше, снова и снова. Но в этом есть противоречие: когда ты становишься быстр как никогда, то ощущаешь себя невообразимо хрупким и уязвимым, потому что за долю секунды всё это может исчезнуть. И две эти крайности, дополняя друг друга, помогают познать себя всё глубже и глубже.
Рано или поздно на входе в поворот вы осознаете: вот оно, чего вы так боялись! Улет с трассы, все! На дороге удержаться невозможно. Но если вы все же каким-то чудом остались на асфальте, то знайте, что это и была та грань. Так теперь надо ездить всегда.
При ускорении слёзы восхищения должны стекать по щекам горизонтально в направлении ушей.
Журналист: Назовите самое большое животное, которое вы смогли бы обогнать? Дилан: Морж, я бы смог обогнать моржа. Журналист: Но ведь у них нет ног, это, получается, своего рода обман. Дилан: Кто ты такой чтобы придумывать чертовы правила на данном этапе игры? Ты просто спросил меня, смогу ли я обогнать чертово животное и я ответил тебе, что я на это способен, а теперь ты придираешься ко мне со своими правилами! В любом случае — приз-то какой?
Я быстрый, я очень быстрый. В спальне, перед сном, я бью по выключателю и успеваю лечь в постель пока не погаснет свет. я очень быстрый.
Жизнь коротка, скорость необходима, чтобы достичь желаемого в ограниченное время, которым мы располагаем.
За окнами, прихрамывая и задыхаясь, бежит Германия. Навстречу транзитным экспрессам она бежит не так. На международных олимпиадах каждой стране лестно блеснуть. Но кто хочет узнать подлинный бег страны, должен изучать его на провинциальных состязаниях.
— Но ведь хочется, чтоб скорее! — Скоро только кошки родятся!
Среди мотогонщиков полным-полно дебоширов, но нет мерзавцев. Скорость и риск очищают души.
Не езди быстрее, чем может летать твой ангел-хранитель.
Наша земная жизнь коротка и быстротечна.
Скорость ─ физическая величина для характеристики быстроты перемещения в пространстве. Измерение скорости в широком смысле производится определением изменения определенной величины в зависимости от другой величины. Базовое понятие скорости определяется быстротой перемещения материальной точки в пространстве. Также скорость может определяться такими понятиями как угловая скорость или скорость изменения температуры, протекания химической реакции, групповая скорость и т. д. В математике скорость рассматривается, как производная от рассматриваемой величины.