Кратко: Почему самолет летит разное время на запад и на восток?

Обновления статьи

12.01.2025: Добавлен блок «Ответы на вопросы»

Те, кто ответил «Точно не 10» совершенно правы. И дело тут не в пилоте, который дёргает ручку тяги, как ему заблагорассудится. А в чём же?

Вариант №1: Вращение Земли

Кто учился в школе, знает, что наша Земелька вращается:

«Ага! Ну всё понятно!» — хочется сказать, глядя на картинку. Получается, что к скорости поднявшегося в воздух самолёта добавляется или отнимается скорость вращения Земли. И ежели вылететь на экваторе против вращения Земли, то к твоей скорости прибавится 1670 км/ч— вот это подарочек! Вот только нифига оно не так 🙂

Скорость самолёта составляет около 900 км/ч. И если бы предположение выше было верным, то полёты на восток практически везде, где живут люди, были бы невозможны- скорость вращения Земли там выше, чем скорость самолёта. В чём же ошибка?

Атмосфера Земли (и тот её слой, где летит самолётик) тоже вращается вместе с ней! Если бы она была неподвижна относительно поверхности Земли, то на вашей уличке дул бы непрекращающийся лёгкий ветерок со скоростью 1300 км/ч:

Поэтому движение самолёта в воздухе равносильно его движению по поверхности Земли (в контексте скорости), и ему совершенно не важно, в какую сторону лететь.

Но откуда же тогда разница во времени?

Вариант №2: Что-то другое

Если движение Земли не при чём, то может имеет значение движение… воздуха? Давайте взглянем на карту ветров:

Это те ветра, которые дуют постоянно (их называют преимущественными). Как видно, в наших средних широтах преобладают западные ветра (дующие с запада на восток). Самолёт, летящий в этих широтах на запад будет вынужден лететь против ветра. А, как мы знаем, скорость ветра вычитается из скорости самолёта, то есть относительно Земли он летит медленнее. При полёте на восток ситуация обратная: ветер «помогает» самолёту долететь быстрее!

---

Хоть ответ и оказался простым, но тема скорости и относительности с точки зрения физики- дело куда более занятное и увлекательное! Если интересно об этом поговорить- дайте знать 🙂

---

Ответы на вопросы

Вопрос: «Если мы вращаемся на скорости 1300 км/ч, почему же центробежная сила не выбрасывает нас в стратосферу?»

Ответ

Для ответа возьмём вашего соседа Валеру, который лежит на диване, и посмотрим, какие силы на него действуют:

Валеру тащит к Земеле сила тяжести F_тяж, от которой он пытается избавиться с помощью центробежной силы F_центр. Разность этих сил (для душнил- векторная сумма) даёт результирующую силу, с которой Валера плющит кровать. Кровать в ответе не остаётся и даёт ему сдачи ровно такой же силой F_{кровати}, в результате чего Валера покоится, потягивая пивко.

Теперь давайте посчитаем численные значения всех этих сил. Примем следующие вводные:

• масса Валеры m = 100 кг
• [линейная] скорость вращения Земли v = 1300 км/ч или 1300 / 3,6 = 360 м/с
• радиус Земли R = 6400 км или 6400 * 1000 = 6400000 м
• ускорение свободного падения g = 9,8 м/с²

Получаецца, что:

• F_тяж = 100 х 9,8 = 980 (Н)
• F_центр = 100 * 360² / 6400000 = 2 (Н)

Итого, центробежная сила в 490 раз меньше, чем сила тяжести. Валера может не волноваться, что его пивко улетит в космос вместе с ним самим!

---

Вопрос: «Время полета с запада на восток и обратно с востока на запад не будет ли одинаковым, если пилот установил условный «круиз-контроль» на 900км/ч? Может только будет разница в потраченном керосине из-за дополнительного сопротивления ветра?»

Ответ

Изобразим летящий против ветра самолётик:

Самолётик определяет свою скорость на основании давления воздуха в его передней части. Для этого впереди ставится датчик («трубка Пито«) в виде трубочки:

Это значит, что у стоящего на аэродроме самолётика спидометр уже будет показывать 100 км/ч за счёт давления дующего навстречу ветра. И набрав в воздухе заданную скорость 900 км/ч, самолётик будет двигаться относительно Земли со скоростью 800 км/ч (а в обратную сторону- 1000 км/ч).