g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

Ben batıya gidiyorum ama sen kuzeye gidiyorsun Kaptan benimle dalga mı geçiyorsun?

Yazar: Zhangshuang Nan, Çin Bilimler Akademisi Yüksek Enerji Enstitüsü araştırmacısı

Editör: Wan Jun

Biri bana iki soru sordu:

Uçak dünyanın bir ucundan diğer ucuna uçtuğunda, iki taraf arasındaki mesafe aynıysa doğuya mı batıya mı uçmalı?

Dünyanın dönüşünün varlığı nedeniyle, yönlerden birinde daha hızlı uçacak mı?

Resim kaynağı: 123rf.com.cn orijinal galeri

İlk sorunun cevabı şudur: ne doğu ne batı, ne kuzey ne güney.

İkinci sorunun cevabı şudur: Doğuya veya batıya uçarsanız, uçağın aynı koşullar altında yere göre hızı gerçekten farklıdır.Doğuya uçarsanız, daha hızlı olacaktır ve bu gerçekten de dünyanın dönüşüyle ilgilidir, ancak nedeni Düşündüğünüzle aynı olmayabilir.

İlk soru hakkında konuşayım

Uçağın uçtuğu yer geometrik bir problemdir ve bu, dünyanın dönüşüyle hiçbir ilgisi olmayan küresel bir geometri problemidir.

Rota haritasındaki rotayı hatırlıyor musunuz? Açıktır ki, Amerika Birleşik Devletleri uçağı doğuya kadar gitmiyor ve Avrupa uçağı batıya kadar gitmiyor.

Amerika Birleşik Devletleri'nin Avrupa'ya giden rota haritasından önce uçağın kuzeye uçtuğu görülüyor.

Örnek olarak Pekin'den Boston'a giden uçuşu ele alalım.

Kuzey yarımküreye ve Kuzey Kutbu'nun yukarısından birkaç olası rotaya bakarsak, Boston'un Pekin'e göre neredeyse tam olarak dünyanın diğer tarafında olduğunu görürüz (zaman farkı neredeyse 12 saattir).

Yukarıdaki resimden de görebileceğiniz gibi, Pekin ile Boston arasında iki rota vardır: Kırmızı yarım daire Pekin'den başlayıp doğudan batıya doğru uçmak anlamına gelir; mor düz çizgi, önce Pekin'den kuzeye uçmak ve Kuzey Kutbu'nu geçmek anlamına gelir. Sonra kuzeyden güneye uçun. Açıktır ki, mor rota kırmızı rotadan daha kısadır, bu yüzden Pekin'den Amerika Birleşik Devletleri'nin doğu kıyısına uçarken her zaman Kuzey Kutup Dairesi'ni geçer. Tabii güney yarımkürede ise, kalkış sırasında güneye gidiyor.

Bunun nedeni dünyanın bir top olmasıdır ve küre üzerindeki herhangi iki nokta arasındaki en kısa mesafenin "büyük daire" üzerindeki bir yay olması gerekir. Burada bahsedilen "büyük daire", bu iki noktadan geçen düzlemi ve kürenin merkezini ifade eder ( Üç noktalı bir düzlem belirleme ilkesi açıktır) ve daire küreden kesilmiştir.

Büyük bir dairenin şematik diyagramı: Resmin üstündeki kalın siyah çizgi büyük dairedir.

Pekin'den Roma'ya nasıl uçmalıyım?

Tabii ki, aynı zamanda büyük bir çember de uçuyor, ama bu sefer büyük çember artık Kuzey Kutbu'ndan geçmiyor, onlarca derece uzaklaşıyor, bu yüzden havaya uçtuğunda kuzeybatıya uçuyor. Mor çizgi, Kuzey Kutbu'nun (çok yüksek bir gökyüzü) yukarısından görülen Pekin'den Roma'ya rota haritasıdır.

Başka bir durum daha var, başlangıç ve varış noktasının iki noktası dünyanın merkezi ile aynı çizgide olduğunda, örneğin dünyanın ekvatorundaki bir noktadan dünyanın karşı tarafındaki ekvatora uçmak gibi, o zaman herhangi bir yönde uçabilirsiniz. Aynı mesafe, bu iki nokta ve yeryüzünün yüzeyini kaplayan dünyanın merkezinden oluşan sonsuz sayıda büyük çemberin olmasıdır. Bununla birlikte, dünyanın ekvatorunun yarıçapı biraz daha büyük olduğu için, kuzey-güney yönündeki büyük çember üzerindeki mesafe biraz daha yakındır.

İkinci sorudan bahsedelim

Dünyanın dönüşünün varlığından dolayı, doğuya veya batıya uçmanın daha hızlı uçması olacak mı?

Soruyu değiştirelim: Uçağın Pekin'den Roma'ya gittiğini ve gidiş-dönüş rotalarının tamamen aynı olduğunu varsayarsak, gidiş veya dönüş süreleri kısa mı? Deneyimli gezginler, dönüş süresinin kısa olduğunu bilir. Bunun nedeni Çinli pilotların eve gitmek ve daha hızlı gitmek istemesi değil, uçağın hızı aynı olsa bile geri dönüş süresi kısadır.

Pek çok insan bunun dünyanın dönmesinden kaynaklandığını, dolayısıyla doğuya uçan uçağın daha hızlı uçacağını tahmin etti. Diğerleri, dünyanın döndüğünü çünkü uçak doğuya uçarken, umutsuzca uçmuyorsa Dünyanın dönüşünden daha hızlıysa, dünya tarafından hedeften daha uzak ve daha uzağa fırlatılacaktır.

Bu büyük bir yanlış anlaşılma! Bu fikir biraz Aristoteles'e benzer.

Aslında, 2000 yıldan daha uzun bir süre önce, Aristoteles, dünyanın ne dönüp dönemeyeceği, dolayısıyla güneşin dünyanın etrafında dönmesi gerektiği sonucuna varmak için benzer bir mantık yürüttü. Aristoteles'in argümanı, eğer dünya hareket ediyorsa, o zaman bir taşı yukarı fırlatırız ve yeryüzünün hareketinin ters yönde gerisine düşmemiz gerektiğidir, ancak bu asla gerçekleşmedi - taş arkanıza düşmez. Ve eğer çok düz ve çok yükseğe fırlatılırsa, sizi doğrudan öldürecektir - böylece dünya dönmesin. Ancak, Aristoteles bile, dünya ileri doğru koşarken atılan taşın önünüze taşınmasını ve düşürülmesini beklemiyordu!

Bununla birlikte, 400 yıldan daha uzun bir süre önce, modern bilimin yaratıcısı ve bilimsel devrimin öncüsü olan Galileo, aynı yöntemi kullanarak, kendisini parçalayarak parçalanan taşın dünyanın hareket edip etmemesiyle hiçbir ilgisi olmadığını kanıtladı.

Galileo, sabit bir hızla düz bir hat üzerinde hareket eden bir gemiye yukarı doğru bir taş atarsak, düşeceğini ve kendimizi ölene kadar parçalayacağını, bu da geminin hareket edip etmediğini gösteriyor. Böylece Galileo, herhangi bir nesnenin hareket etmeye devam edecek eylemsizliğe sahip olduğu sonucuna varmıştır, bu nedenle bu taşın eylemsizliği onun gemi veya dünya ile birlikte hareket etmesine neden olacaktır.Bu ünlü Galileo eylemsizlik ilkesidir. Aynı zamanda Galileo, geminin perde ile örtülmesi durumunda geminin hareket ettiğini tespit edemeyeceğimizi, yani fiziksel kanunların eylemsizlik koordinat sistemi seçimiyle hiçbir ilgisi olmadığını söyledi, bu ünlü Galileo görelilik ilkesidir. İlk ilke, Newton tarafından daha sonra popüler hale getirilen Newton'un birinci yasasıdır ve ikinci ilke, Einstein'ın özel görelilik kuramını oluşturmak için kullandığı iki temelden biridir (diğeri, ışık hızının değişmezlik ilkesidir).

Bazı arkadaşlar sorabilir, hepimiz doğuya roket fırlatırız ve ekvatora olabildiğince yakın olmak isteriz (ülkemizin Hainan'da bir fırlatma sahası inşa etmesinin amacı budur), bunun nedeni dünyanın dönüşü roketi doğuya uçurması değil mi? Evet, ancak bu hız yerin hızına değil, dünyanın merkezinin hızına eşittir! Ancak uçağın ihtiyacı olan şey yere göre hızdır, çünkü yerdeki bir yerden yerdeki başka bir yere gitmek zorundayız.

Galileo, 400 yıldan daha uzun bir süre önce, dünyanın kendi dönüşünün bir uçağın yere göre hızını değiştirmediğini fark etti.Öyleyse neden Avrupa'dan Avrupa'ya gitmekten daha hızlı dönüyor? Bunun nedeni, dünyanın yüzeyine göre (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi) üst atmosferde batıdan doğuya saatte yaklaşık 100 kilometre hızla batıdan doğuya doğru bir rüzgar varken, uzun mesafeli bir yolcu uçağının havaya göre hızının saatte yaklaşık 1.000 kilometre olmasıdır. Avrupa'ya uçarken ters rüzgar ve geri dönerken arka rüzgâr, bu nedenle Avrupa'ya gitmek yaklaşık 10 saat ve geri dönüş yaklaşık 9 saat sürer.

Üst atmosferdeki bu tür batıdan doğuya hava akışına, gezegen ölçeğinde atmosferik bir sirkülasyon olan Jet Akımı denir. Yeryüzündeki ana yüksek hızlı hava akışı kayışı, tropopozun yüksekliğine yakın bir yerde bulunur. Kuzey ve güney yarım kürelerin her birinde bir Polar Jet ve bir Subtropical Jet vardır Kuzey yarımküredeki kutup jetleri, birçok rotanın geçtiği Kuzey Amerika, Avrupa ve Asya'nın orta ve yüksek enlem bölgelerini kapsar.

Bir uçağın seyir irtifası, genellikle stratosfer bölgesi olan dünya atmosferinin troposferinin tepesindedir. Bu irtifayı seçmemizin nedeni, buradaki hava akışının nispeten sabit olması ve havanın görece ince olmasıdır.Uçak sadece sorunsuz uçmakla kalmaz, aynı zamanda nispeten düşük hava direncine sahiptir ve daha yakıt tasarrufludur.

Troposferin tepesinin yüksekliğinde, havanın yere göre batıdan doğuya akmasının nedeni karmaşıktır.

Bunun başlıca ve küresel bir nedeni, dünyanın dönmesinin, dünya yüzeyinde güneş tarafından ısıtılan alanın doğudan batıya hareket etmesine neden olmasıdır.Isınan alandaki havanın sıcaklığı artar, yoğunluğun azalması ve havanın yukarı doğru hareket etmesi, basınçta düşüşe neden olur; Bölgedeki hava sıcaklığı düşük, yoğunluk göreceli olarak yüksek ve basınç göreceli olarak yüksektir.Yatay yön, düşük basınçla yüksek sıcaklık alanına hareket eder (bu nedenle konveksiyon oluşur. Bu alana troposfer denmesinin nedeni budur. Tabi başka sebepler de vardır. Çeşitli diğer karmaşık konveksiyonlar), bir bütün olarak dünya yüzeyine göre batıdan doğuya bir hava akışı oluşturan, yukarıdaki şekilde troposferin tepesindeki sürekli batı rüzgarıdır.

Bir diğer önemli faktör, ekvatordaki ortalama güneş ışığı miktarının kuzey ve güney kutuplarından daha fazla olması ve genel sıcaklığın nispeten yüksek olmasıdır.Ekvatordan kuzeye ve güney kutuplarına hava akışı, üst atmosferin üzerinde oluşur. Dünyanın ekvatordaki dönüşünün (doğrusal) hızı en yüksek olduğu için, ekvatordaki havayı dünya ile en yüksek hızda dönmeye yönlendirir.Hava ekvatorun üzerinden kuzey ve güney kutuplarına doğru aktığında, atalet doğal olarak ekvatorda doğuya doğru hızı taşır (yaklaşık Saatte 1600 kilometre), bu hız dünyanın yüksek enlemlerde dönüş hızından daha yüksektir (örneğin, Pekin'in bu enleminde dünyanın dönüş hızı saatte yaklaşık 1200 kilometredir), yani Pekin'in üzerindeki gökyüzüne ulaştığınızda, Pekin zeminine göre hız (saatte 1600 kilometre) olur. -1200 kilometre) = 400 kilometre. Bu etki, Dünya'nın koordinat sistemindeki ünlü Coriolis kuvvetidir, kuzeye giden hava akışı, sanki bir kuvvet almış gibi doğuya doğru hareket etme hızına sahiptir. Bu fenomen, Coriolis (1792 1843) tarafından keşfedildi ve buna Coriolis kuvveti denir, ancak gerçekte kuvvet yoktur, ancak bir nesnenin eylemsizliği vardır. Elbette, bu hava akışının akışı sırasında yerel hava ile sürtünmesi gerektiğinden ve yerel hava, yerel dünya ile aynı hızda döndüğünden, yere göre nihai hava akışının hızı büyük ölçüde azalır.

Tabii ki, troposferin tepesindeki stratosfer, yere göre batıdan doğuya batıdan esen bir rüzgara sahip olduğundan, batıdan doğuya uçmak, kuyruk rüzgarı ile uçmak anlamına gelir ve bunun tersi de geçerlidir. Bu nedenle, hızlı doğuya doğru uçuşun temel nedeni dünyanın dönüşü olsa da, pek çok insan dünyanın uçakla doğuya doğru uçtuğunu kabul etmez. Güneşin radyasyonu ve hava konveksiyonu olmadan, dünya ne kadar hızlı dönerse dönsün, doğudan batıya uçmak gerçekten aynı hızda!

Yazarın kartvizit