地球沿着自西向东的方向在自转,绕轴旋转一圈的时间大约为24小时。如果地球上的所有人向东或者向西跑步,这会让地球的自转速度减慢或者加快吗?
假设地球上的所有人都在向东跑步,地球会受到人对其施加的一个向西的力,这就好比给地球安装了向东喷射的火箭,所以地球的自转速度会被减慢。反之,如果地球上的所有人都在向西跑步,地球的自转速度会加快。
那么,如果全人类朝着同一个方向跑步,这会对地球的自转速度造成多大的影响呢?
为了便于计算,这里假设地球上的所有人全部集中在赤道上,然后一同向东跑步。据统计,世界总人口已经达到77亿。假设平均每人的体重为60千克,则全世界所有人的总质量为4620亿(4.62×10^11)千克。如果人的跑步速度为5米/秒,赤道半径为6378公里,那么,所有人向东跑的总角动量为:
L1=r·m1·v1=6378000×4.62×10^11×5 kg·m^2/s≈1.473×10^19 kg·m^2/s
地球的总质量约为5.972×10^24千克,赤道的自转线速度约为465米/秒,所以地球原有的角动量为:
L2=r·m2·v2=6378000×5.972×10^24×465 kg·m^2/s≈1.771×10^34 kg·m^2/s
根据角动量守恒定律,由于人向东跑步会让地球的角动量减少L1,这与地球总角动量L2相比是微不足道的,后者相当于前者的1200万亿倍。根据下式:
ΔL=L1=r·m2·v3
由此可以算出v3≈4×10^-13米/秒,所以地球的自转速度几乎没有变化。根据线速度和角速度的关系可得,地球自转角速度会减少大约6×10^-20 rad/s,这意味着77亿人向东持续奔跑1000年,地球的自转周期只会增加大约26微秒。
想象一下,一只在人身上爬行的蚂蚁会对人的运动速度和方向造成什么影响?因此,在地球面前,人类是微不足道的存在。
只有大自然发生的巨大能量释放,才能轻微改变地球的自转速度,例如,在2011年,日本的9.0级地震让地球的自转速度每天加快大约1.8微秒。另外,由于月球的潮汐作用,地球的角动量不断转移给月球,这会使地球的自转速度不断变慢,地球的自转周期会因此而每隔100年增加大约2毫秒。