这个问题最好的例子就是地球同步卫星,它的公转周期、自转周期都与地球同步,一直悬浮在地球上方,除了引力,不受其他任何力的作用,转一圈也是24小时,始终与地球同步,因此也叫24小时同步卫星。
它主要用在通讯、气象、探测地球资源。如果悬浮在地球上空就会跑到对面去,就会发生一些有趣的事情。比如卫星电话,打一半通信卫星跑了,没信号了。气象卫星主要是盯着自家空中的大气,阿川他家的天气预报不需要我们来报(“没有人比我更懂天气预报”)。如果你跑别人地盘上勘探资源,就有点不太讲究了。
闲话少叙,那为什么悬浮半空中12小时后,我们不会跑到对面呢?回答问题前审题非常重要,实际上这个问题想表达的,并非提问者想要表达的意思,下面先按题目的意思回答一下,再说说提真正的意义。
为什么不会到另外一边去?
何为悬浮于半空之中?首先背景是大气,其次悬浮即与大气层相对静止。在大气中,除了热空气上升、冷空气下沉引起的空气流动,平常日子里,你感受不到风。如果大气相对于地球不是静止的,你会感受到风速以每秒463米(赤道地球自转线速度463m/s)吹起你飘逸的长发,然后在12小时后刮到地球对面去。超强台风风速51m/s以上,可以对比一下,而地球并没有天天台风,所以大气与地球是相对静止的。
如果大气没有相对地球移动,那悬浮在大气上的人也不会,因为人与大气相对静止,因此人与地球相对静止。一辆匀速行驶的车,车上有杯水,水里有条鱼,鱼在睡觉一动不动。不考虑启动的情况,因为地球46亿年前就启动了。行驶过程中水不会泛起半点波澜,鱼儿如果不往外望去,它感受不到杯子与水在运动,就像我们在地球上却感受不到它在自转,这就是悬浮在大气的情况。
为什么大气与半空中的人会跟着转呢?
1687年,牛顿发表了万有引力定律,当时人们认为引力完美的描述一切天体的运动。万有引力定义两个物质会相互吸引,与质量成正比,与距离(半径)平方成反比。方向是两个相互吸引物体的质心连线方向。地球上可以忽略为地心,如果你手里拿一个规整的圆球,那么引力的方向就是圆球与地心的连线,也就是圆球受到的引力是由圆心指向地面。
一个物体在不受任何力的作用下,只会静止或直线匀速运动,这是物体所具有的惯性。当地球上的物体跟着地球做匀速圆周运动的时候,惯性会使它老想跑直线,也就是沿着地球的切线方向直线运动,引力不想让它跑就会把它往回拽,它就像一个无形的绳子一样。
如果引力突然消失,就像下面绳子突然间断了一样,物体会突然沿切线方向飞出。
因为引力的方向为始终与半空中的人的速度方向呈90度,因此它不会使人减速或者加速,只是起到改变速度方向的作用。仔细看下面,引力是黄色指向不断地心的方向,而粉色箭头为物体运动方向,它也是不断变化的,不断指向切线方向。(下面地球应该是转得,没找到合适的图)
大气受到引力,就像被绳子牢牢拽在了地球上,因此它与地球相对静止,随地球自转而运动,就像车上的杯子里的水。
问题的另外两种可能
情况1
如果悬浮的位置是宇宙中的一个空间坐标点,那么就需要考虑地球自转的同时也在围绕着太阳公转。举个例子:如果把地球公转的轨道,当作一个近圆形的跑道,而你可以悬浮在跑道上一动不动,那么12小时后地球可能就顺着公转轨道跑了,你不会到对面去,而是离地球越来越远。
而且你也不要妄想着:没事,明年地球就来接我了。抱歉,太阳每时每刻都在带着太阳系中的这帮小弟围绕着银河系中心运动,明年的今天地球已经在银河系的另外一个位置了。再往大了说,银河系就像一个巨大的漩涡一样自转,同时这个漩涡又像一个巨大的车轮一样朝着室女星座运动,还可以往大了说……所以千万别掉队,一掉队就不容易回来了。因此此题应该更改为距离地球固定高度100米,保持不变,为前提。
情况2
如果想要处于离地表100米高度,并且跑到地球的对面去怎么办?这就是坐飞机的原理,当然100米有点难为机长了,只要飞机开足马力,使自己相对大气移动,那么也就相当于相对于地表移动。