Vuelo aéreo y rotación de la Tierra.

Lo que puede confundirlo es que el pasaje que cita sobre el transbordador espacial habla de la velocidad en relación con un marco de referencia fijo: uno fijo en relación con las estrellas distantes. Por otro lado, cuando piensas en aviones que vuelan por el aire (o en personas que caminan por el suelo), piensas en un marco de referencia co-rotante: fijo en relación con la Tierra misma.

Cada uno de estos marcos de referencia tiene sentido por sí solo, pero mezclar los dos hace un desastre.

En el marco de referencia fijo , el Transbordador necesita orbitar a 17,000 mph. Esta velocidad es la misma ya sea que esté orbitando al oeste, este, norte o sur. En este marco de referencia, la Tierra gira a 915 mph hacia el este, lo que también significa que el transbordador, justo antes del despegue, se mueve a 915 mph hacia el este. En consecuencia, "915 mph hacia el este a 17,000 mph hacia el este" requiere menos esfuerzo que "-915 mph hacia el oeste a 17,000 mph hacia el oeste".

En el marco de referencia de co-rotación , el Transbordador necesita orbitar a 16,085 mph si está orbitando hacia el este oa 17,915 mph si está orbitando hacia el oeste. En este marco de referencia, la Tierra está estacionaria, al igual que el transbordador justo antes del despegue. "Estacionario a 16,085 mph" requiere menos esfuerzo que "estacionario a 17,915 mph".

El marco de referencia fijo tiene más sentido para las naves espaciales porque hace que todas las velocidades orbitales sean iguales.

Para las aeronaves, ambos marcos de referencia son nuevamente posibles, pero en este caso el marco de referencia co-rotativo tiene más sentido porque las aeronaves viajan por el aire y el aire gira junto con la Tierra. Para simplificar, volemos a lo largo del ecuador.

En el marco de referencia de co-rotación , el avión vuela a 560 mph hacia el este o hacia el oeste, sobre una Tierra estacionaria. Para llegar a un destino a 560 millas de distancia, vuela durante una hora.

En el marco de referencia fijo , el avión en dirección este vuela a 1475 mph hacia el este, sobre la Tierra, que gira hacia el este a 915 mph. Después de una hora, la superficie de la Tierra se ha movido 915 millas, por lo que el avión está$1475-915=560$millas por delante. El avión en dirección oeste vuela a$915-560=355$mph hacia el este , sobre la Tierra, que gira hacia el este a 915 mph. Después de una hora, la superficie de la Tierra se ha movido 915 millas al este, el avión se ha movido 355 millas al este, por lo que el avión está sobre el punto en la superficie de la Tierra que es$355-915=-560$millas al este (en otras palabras, 560 millas al oeste) del punto de partida.

¿Qué hace que el aire se mueva a la misma velocidad angular que la rotación de la Tierra? Simplemente esto: que si una capa girara más rápido o más lento que la otra, el arrastre aceleraría la capa más lenta y ralentizaría la más rápida.

Hay un ligero efecto en el requisito de sustentación de una aeronave. Un objeto "estacionario" en el ecuador en realidad viaja en un círculo, a una velocidad de una circunferencia terrestre por día sideral. Eso disminuye su peso aparente porque está acelerando hacia el centro de la tierra (aceleración centrípeta).
La constante gravitacional efectiva (g menos la aceleración centrípeta) para ese objeto en reposo es

gramo = 9,8 m/s^2

pero viajando hacia el este a 250 m/s en un 747

g_este_en_ecuador = 9,753 m/s^2

y viajando al oeste

g_oeste_en_ecuador = 9,8266 m/s^2

Es alrededor de 4 partes por mil, por lo que podría discutir si un cargo por sobrepeso de equipaje documentado de 40 lb realmente debería establecerse en 39.8 lb o 40.2 lb.

No hay motivo de 'distancia de la Tierra' para preocuparse, pero las naves espaciales necesitan obtener una velocidad adicional de 465 m/segundo si entran en órbita polar, en lugar de usar la velocidad de rotación de la superficie de la Tierra para ayudarlas a entrar en una órbita ecuatorial hacia el este. La aceleración de la gravedad "efectiva" orbital es cero, por supuesto (la constante gravitatoria es igual a la aceleración centrípeta).

Todo está bien con todos tus cálculos matemáticos. Respóndeme una cosa: la capacidad del avión para volar a una velocidad máxima es constante. Ahora usaré un sinario en el que usamos una escalera mecánica para subir por un lado y bajar por el otro. El movimiento de la escalera mecánica representa el movimiento de la tierra. La distancia es fija del punto A al punto B. Ahora bien, si camino a la misma velocidad en ambos lados, cuál será de menor duración.

Parece que está haciendo más de una pregunta, pero limitaré mi respuesta a la pregunta explícita al final, a saber, "¿Por qué [la rotación de la Tierra] es importante para el transbordador pero no para un avión?" La respuesta corta es que importa en una situación y no en la otra porque las dos situaciones son completamente diferentes. Estás comparando manzanas y naranjas que involucran dos marcos de referencia muy diferentes, a saber, el espacio exterior y la masa de aire a través de la cual vuelan los aviones. Las naves espaciales se lanzan para abandonar la atmósfera lo antes posible y establecer una velocidad terminal después de la cual no se aplica ningún empuje a la nave espacial. Una vez fuera de la atmósfera y moviéndose a la velocidad correcta, la nave espacial simplemente "cae" alrededor de la Tierra en una órbita elíptica (un círculo es un caso especial de una elipse) completamente insensible a la atmósfera de la Tierra (¡hablando en general!). La trayectoria de la nave espacial en relación con la superficie de la Tierra a partir de entonces depende únicamente de su altitud y su inclinación en relación con el ecuador. Por ejemplo, la física de las órbitas geosíncrona y geoestacionaria es la misma (la geoestacionaria es un subconjunto de la geosíncrona), excepto por la posición del satélite en relación con el suelo, que oscila de norte a sur a la misma longitud en el caso de un satélite no órbita geoestacionaria geosíncrona. La razón por la que EE.UU. los lanzamientos desde el sur de Florida y Europa los lanzamientos desde la Guayana Francesa son para aprovechar la velocidad de oeste a este de la superficie de la Tierra en relación con la velocidad final (velocidad y dirección) de una nave espacial en órbita con éxito EN EL ESPACIO, FUERA DE LA ATMÓSFERA. En el ecuador, la nave espacial ya está viajando a 1000 mph en dirección este con respecto al espacio exterior, por lo que se requiere menos combustible para alcanzar una velocidad terminal de, digamos, 17,000 mph en dirección este FUERA DE LA ATMÓSFERA, porque el vehículo de lanzamiento solo necesita acelerar la nave espacial de 1000 mph a 17,000 mph para alcanzar la velocidad orbital FUERA DE LA ATMÓSFERA. Oh, sí, hay mucho más que podríamos discutir, pero pasemos a los aviones. Ignorando los planeadores, y a diferencia de las naves espaciales en órbita, las aeronaves en vuelo requieren un empuje constante para vencer la gravedad a través de la sustentación generada por el flujo de aire sobre el ala y para vencer la resistencia del aire a fin de avanzar a una velocidad constante. Lo más importante a tener en cuenta es que los aviones se mueven en relación con la masa de aire en la que vuelan. La velocidad de la Tierra en el ecuador (1000 mph) CON RESPECTO AL ESPACIO EXTERIOR es irrelevante para la física del vuelo EN EL AIRE. Para llegar del punto "A" al punto "B" en la superficie de la Tierra, se debe tener en cuenta el movimiento del aire con respecto a la superficie de la Tierra, pero, de nuevo, la velocidad de la superficie de la Tierra con respecto al exterior. el espacio es irrelevante. Por cierto, la cantidad de aire por el que tienes que volar es mucho más importante (debido al consumo de combustible y la planificación de horarios) que la distancia sobre el suelo. Si yo' Estoy volando en el ecuador, y el aire es estable (es decir, no hay viento), la cantidad de aire por la que volaré es la misma ya sea que vuele hacia el este o hacia el oeste (o en cualquier otra dirección, para el caso). La velocidad de la superficie de la Tierra en relación con el espacio exterior es, de nuevo, irrelevante. Si hay viento del oeste (es decir, viento del oeste), eso significa que la masa de aire por la que estoy volando se mueve de oeste a este. Si quiero volar 100 millas hacia el oeste, tendré que volar a través de mucho más aire que si vuelo 100 millas hacia el este, y esto tendrá un gran efecto en el tiempo de vuelo y el consumo de combustible, pero no tiene nada que ver con la velocidad de la superficie de la Tierra en relación con el espacio exterior. ¿Explica esto por qué la rotación de la Tierra es importante para el lanzamiento y vuelo del transbordador pero no para un avión? En cuanto a que la velocidad sea " golpearía la superficie del desierto después de 1,77 segundos, a unos 2600 pies al este, con una velocidad vertical de aproximadamente 38,6 mph y una velocidad horizontal de 1,000 millas por hora. Recuerde, el aire se mueve con usted, por lo que no sufre daños por el viento durante su vuelo. Aquí está mi pregunta: ¿Omitirías?

Tiene que haber una cierta cantidad de deslizamiento entre el aire (que no es una masa sólida, pero tiene una densidad que fluctúa con respecto a la humedad cuando la gravedad lo atrae) y la superficie de la tierra causando fricción. Cuanto más te alejas de la superficie, menos efecto tiene la masa giratoria sobre el aire que la rodea. Incluso el agua (que es mucho más densa y muy afectada por la gravedad) tendrá una cierta cantidad de deslizamiento causado por el aire que la empuja.

Entonces, la verdadera pregunta es cuánto aire está siendo arrastrado por el efecto giratorio y cuánto aire está siendo atraído por la gravedad, sabiendo que la gravedad se debilita a medida que te alejas del centro de la tierra y también sabiendo que el aire es menos denso (más delgado) a medida que te alejas. viajar lejos de la tierra. Agregue a toda la ecuación, el hecho de que la gravedad afecta a los objetos sólidos más que a los gases y lo que queda es la humedad en el aire que actúa para atraerlo por gravedad.

Una vez que llegue a un punto por encima de las nubes (como viajan los aviones), la cantidad de humedad se ha reducido considerablemente y el efecto de atracción de la gravedad se ha debilitado considerablemente, esto debería permitir una mayor capacidad para resistir la gravedad y la fricción causada por el giro de la Tierra. Sabemos que la tierra no atrae a la luna por la rotación de la superficie terrestre y que no hay movimiento de aire una vez fuera de la atmósfera.

Tiene que haber un punto en el que la fricción giratoria pierda agarre y el único factor que mantiene el aire en su lugar es un tirón gravitatorio muy pequeño. Una vez que te alejas del ecuador, el giro tiene mucho menos mordisco en el aire ya que la superficie se mueve a una velocidad mucho más lenta debido a la distancia que recorre en relación con el ecuador, lo que también reduce la fuerza centrífuga. Entonces, esto nuevamente diluye la idea de que la fricción es una fuerza importante en la atmósfera superior. Además, sin montañas y similares, mientras que sobre un océano, la cantidad de fricción que arrastra el aire pierde aún más potencia, lo que permite el deslizamiento. ¡Lo que significa que mientras la tierra gira a una velocidad, las cosas que no están unidas no necesariamente se mueven a la misma velocidad! Ahora mueva toda la ruta de vuelo para volar desde Canadá al Reino Unido con un avión volando por encima de las nubes.

¿Qué tipo de tiempos podrían esperarse con el avión volando a la misma velocidad? Me doy cuenta de que hay un límite en la altura a la que llegó a volar un avión, ya que requiere densidad del aire para permanecer en el aire y moverse. Pero también sé que los aviones pueden volar por encima de las nubes cuando el vuelo es lo suficientemente largo como para que valga la pena el costo del combustible que se necesita para llegar allí.

Esta pregunta surgió entre mis amigos y yo hace aproximadamente 40 años y acordamos que debe haber algo de tiempo ganado (pero una posible pérdida de combustible) mientras vuela en dirección opuesta según la altitud a la que está volando.

Por supuesto, si la Tierra fuera plana, entonces todo lo que se dijo anteriormente sería cierto (menos la rotación de la Tierra, que es el factor que todos estamos tratando de incorporar en un modelo comprensible) y los tiempos no se ven afectados por nada más que por los vientos. entre el movimiento de aire frío y caliente.

Como puede ver, estos son los tipos de explicaciones que alimentan a los terraplanistas, no se puede encontrar una respuesta fácil de explicar racionalmente, pero si lo hace plano, tiene sentido y se explica muy fácilmente. Yo mismo creo que hay una mejor explicación que lo que se publica, casi parece que las respuestas provienen de un texto preescrito que elude la pregunta por completo. No puede ganar 915 millas en velocidad en un modelo que tiene una pequeña cantidad de pérdida de velocidad en relación con el suelo, la única forma en que se ve es cuando ese objeto es lanzado fuera de la atmósfera donde la velocidad con respecto al suelo no afecta el espacio alrededor. ese objeto, incluso entonces, mirando en la otra dirección no debería importar mucho si es s viajando perpendicular a la gravedad, el único obstáculo que nos supera es un ligero empuje fuera del eje en un lado que disminuye a medida que viaja hacia afuera. La tierra debería moverse ligeramente hacia un lado a medida que asciende, pero la pérdida de velocidad no puede ser exactamente proporcional a la velocidad de la tierra, eso no tiene sentido lógico.

Eso es como decir que si viajas en la dirección opuesta al giro de la Tierra, terminarás cayendo a la Tierra, lo cual no puedo imaginar que suceda a menos que estés en la atmósfera sin fuerza centrífuga, lo que significa que ya no estás alimentado con una fuerza lo suficientemente fuerte. para vencer la gravedad.

Eso trae esta pregunta. ¿Usar la gravedad de un planeta para lanzar una honda solo se puede hacer si viaja con la rotación de ese planeta? ¿La gravedad funciona a la inversa si viajas en su contra? ¿Te hará más lento? No es probable.

En realidad, no es así cuando la Tierra está girando, todos los objetos en su influencia gravitatoria también se moverán con la misma velocidad angular.$w$entonces, incluso si está a cierta altura, todavía está atascado en su punto inicial, pero puede contradecirlo simplemente usando otra fuerza externa que puede cancelar su atracción gravitacional o puede subir a una altura igual a$infinity$
Simplemente he usado la ley gravitatoria de Newton. No sé qué pasará si usamos la ecuación de campo de Einstein