TUhjnbcbe - 2024/7/13 19:02:00
本文参加百家号科学#了不起的基础科学#系列征文。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亿（4.62×10^11）千克。如果人的跑步速度为5米/秒，赤道半径为公里，那么，所有人向东跑的总角动量为：L1=r·m1·v1=000×4.62×10^11×5kg·m^2/s≈1.×10^19kg·m^2/s地球的总质量约为5.×10^24千克，赤道的自转线速度约为米/秒，所以地球原有的角动量为：L2=r·m2·v2=000×5.×10^24×kg·m^2/s≈1.×10^34kg·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^-20rad/s，这意味着77亿人向东持续奔跑年，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年增加大约2毫秒。