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地球自轉一天大概需要多長時間

生活 更新时间:2024-08-07 01:23:27

地球自轉一天大概需要多長時間(地球自轉需要多快)1

地球繞着自轉軸在旋轉,在赤道那裡的自轉線速度最快。地球的半徑為6371公裡,地球每隔24小時自轉一周,由此可以計算出地球赤道的線速度約為1668公裡/小時,即463米/秒。既然赤道的線速度這麼快,為什麼那裡的人不會被甩出去呢?

原因就在于地球的自轉速度還不夠快,地球的引力會拉住地球表面上的人,從而使他們不會被甩到太空中。根據牛頓力學,地球自轉産生的“離心力(Fc)”為:

地球自轉一天大概需要多長時間(地球自轉需要多快)2

上式中,m為物體的質量,r為地球半徑,θ為緯度,T為地球自轉周期。

假設一個人的質量為60公斤,并且他站在地球赤道上(海平面),那麼,由于地球自轉産生的“離心力”為2牛。

另一方面,根據萬有引力定律(Fg=GMm/r^2),地球對于60公斤的人所施加的引力約為589牛,這要遠大于“離心力”。因此,地球上的人不會飛到空中。

地球自轉一天大概需要多長時間(地球自轉需要多快)3

那麼,地球的自轉速度需要達到多快,赤道上的人才會被甩到空中呢?

可以想象,地球的自轉速度越快,産生的“離心力”越大,直到它最終超過引力時,地球引力就無法束縛住赤道上的人。因此,人就會飛到空中,不斷繞着地球做圓周運動,地心引力剛好充當向心力。由此可以得到如下公式:

地球自轉一天大概需要多長時間(地球自轉需要多快)4

代入數據,可以計算出,地球的赤道線速度約為7.9公裡/秒。事實上,此時的地球赤道線速度正是第一宇宙速度。在這種情況下,地球隻要大約1.4小時的時間就能繞着自轉軸旋轉一周。此時也隻有赤道上的人和物體會被甩入空中,而緯度較高的地區,自轉速度較慢,引力可以束縛住那裡的人和物體。

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