飛行在天空不用考慮地球的自轉速度嗎?難道慣性一直存在嗎?
更新于:2025-03-26 08:05:21

物體維持原有運動狀態的屬性,我們稱之為慣性,其與物體品質的多少緊密關聯。換言之,慣性作為一種固有特性,是始終存在的,它的大小與物體是否脫離地球無關。

人們常引用飛機的例子,恐怕是因為生活在有限的地球環境中,我們的認知產生了一種根深蒂固的誤區,似乎飛機飛上天空就意味著脫離了地球。但實際上,即便是飛機離開了地面,慣性的作用依然不會消失。我們所發射的航太器,往往會藉助地球的自轉或公轉速度以簡化發射過程,說到底,這都是在運用物體的慣性。

接下來,我會盡量用簡單易懂的語言來解釋一些可能較為枯燥的物理概念。

地球自身就是一個巨大的慣性參考系。與勻速直線行駛的列車相比,它並沒有什麼不同。事實上,我們所居住的地球就如同一列巨大的“列車”。

乘坐飛機升空的人類,可以比作是在列車上飛翔的昆蟲。無論飛行多久,慣性始終存在,與列車速度無關。

所謂的“考慮到列車的速度”,實際上是以一個全知全能的視角來看待問題,因為對於昆蟲來說,它不可能知曉列車正在移動。同樣地,作為地球的居民,我們在如此龐大的一個慣性系中,如果沒有其他外部參照系,我們不可能察覺到地球的移動。這裡,我們假定地球是在做勻速直線運動。

這背後的原因何在?

關鍵在於,在一個慣性參考系中,所有物體相對彼此都是靜止的。既然是相對靜止,那麼我們如何能夠感知到地球的移動呢?

除非我們能跳出地球這個慣性系,否則永遠無法瞭解地球的移動(當然,這裡仍然假定地球是在做勻速直線運動)。

正如先前提到的昆蟲例子,如果將昆蟲替換成我們自己,你也無法察覺到列車正在移動。這得在一個理想的狀況下,假設列車不發出任何聲響,你也看不到窗外的任何事物。此時,你的體驗與站在地面上沒有任何區別。

這正是我前面所提及的,在一個慣性參考系中,所有物體都保持相對靜止,只做慣性運動,直到有外力作用才相對於其他物體發生移動。

其實,這個問題本可以簡單明瞭地回答,只需兩個字便可說明一切——“慣性”。然而,出於某些原因,人們往往會不自覺地忽視慣性的影響,誤以為飛機一旦升空,原先的慣性就不復存在。

實際上,地球上的所有事物,無論是飛機還是大氣層,都是地球這個龐大慣性系的組成部分,它們都隨著地球一起自轉。

因此,地球上的任何事物本質上都是相對靜止的,這就是慣性的表現。想要改變這種慣性狀態,必須施加外力。

換言之,在地球這個慣性參考系中,只有當一個物體相對地球做加速運動時,其慣性狀態才會改變,從而成為非慣性物體。

例如,原本靜止在地面上的飛機,處於相對地球靜止的狀態。想要改變飛機的狀態,必須施加外力,在外力作用下,飛機開始加速,變成了非慣性物體。

而當飛機升空之後,它會形成一個新的慣性參考系。此時,飛機上的乘客成了這個新慣性系的一部分,不再屬於地球這個慣性系。

如果飛機一直做勻速直線運動,飛機上的乘客在其中移動,無論是跑動還是跳躍,都不必考慮飛機本身的速度,就如同地球上的飛機不必顧及地球的速度一樣。

飛機上的乘客無論如何活動,都不可能通過飛機這個慣性系判斷飛機是否在移動,當然,他們的任何行動也不需顧及飛機的速度。

原本只需一句話便能說明的問題,我卻不知為何說了這麼多。我並不想如此繁瑣,但為了更清晰地闡釋這一主題,我不得不反覆舉例。我的目的是説明大家擺脫一些固有的思維模式。

我們無需總是糾結於是否考慮地球在移動,實際上,我們本不應該知道地球在移動。我們所說的“地球在移動”,其實已經是站在一個全知的視角來看待問題了,這就相當於脫離了地球這個慣性系。一旦離開了地球這個慣性系,再去分析問題就失去了一定的意義。

當飛機起飛時,它是否知道地球在移動?答案是並不知曉。在飛機的“視角”裡,地球並沒有移動,始終處於靜止狀態。就像是一隻在勻速直線行駛的列車上的昆蟲,它也不會知道列車正在移動,在昆蟲的眼裡,列車就是靜止的,當然它不會受到列車運動的影響。