地球自轉超了音速！

毛澤東在他《七律二首·送瘟神》一詩中寫下“坐地日行八萬裡，巡天遙看一千河”。詩人提及的“一千河”是虛指，形容浩瀚宇宙中有許許多多像銀河系這樣的星河；而“八萬裡”則是實數，指的是地球自轉一天中赤道行進的里程。

坐地日行八萬裡，地球轉得很快

地球赤道的周長大約是40076公里，地球每24小時自轉一週，你在赤道坐著不動也隨之“行進”了80152里路，每小時前進1670公里，也就是說你每秒鐘要“走”464米！

聲音在海平面的速度是340米/秒，地球自轉在赤道的線速度遠遠超過了音速，實際上在北緯40°線以南（北京市以南）的我國大部分地區，地球自轉的線速度都超過了音速。

地球不同緯度的線速度

玩過轉雨傘嗎？

下雨的時候，孩子們經常喜歡把雨傘轉著玩兒，水滴會順著傘邊緣向四周飛散開來，很是有趣。當然你在玩的時候需要小心，別把周圍人的衣服打溼。

轉雨傘，把水甩出去

當我們轉動傘柄，雨傘會快速旋轉起來，傘面上的水也隨之旋轉，當傘提供的向心力不足以留住水滴時，水會在重力和離心加速度的雙重作用下迅速向邊緣移動，並且沿切線方朝向四周飛灑出去。

牛頓的水桶實驗

鏈球運動員透過快速的旋轉使球產生切線方向的速度，這個速度會形成一個向外的慣性力（許多人習慣稱“離心力”），運動員拉拽球的力被稱為向心力，當運動員鬆開手，失去向心力的鏈球就會向外飛到很遠。

利用旋轉的慣性力投擲鏈球

如果把鏈球換成半桶水會怎麼樣？只要你揮動胳膊的速度足夠快，即便水桶在頭頂上方完全倒扣過來，水也絕不會灑出一滴。

旋轉水桶

俗話說“水往低處流”，受重力影響，水會從勢能高的地方自然流向執能低的地方。一桶水放在地上不動它，因為受到的重力勢能相等，水面會是平的。艾薩克·牛頓做過一個實驗，他讓一個裝了水的桶旋轉起來，發現水會向桶壁靠近，從而使水面產生一個拋物面的形狀，這個時候水的等勢面就變成了一個拋物面；假如旋轉的速度再快些，水可能會灑出來。

牛頓水桶實驗

其實離心運動的應用今天早已經深入到每個家庭，洗衣機就是利用高速旋轉所產生的離心加速度來給衣服脫水。

那麼問題來了：地球有71%的面積被海水覆蓋，海洋幾乎貫穿南北極，地球的自轉速度有這麼快，為什麼海洋裡的水沒有因為強大的離心運動而全部匯聚到赤道呢？

海水為什麼不被甩到赤道？

是什麼力把海洋留在了原地？

自從海洋在地球上形成時起，它就一直跟隨著地球轉動。海水是流動的，隨著地球的自轉，海水自然也會受到離心加速度的影響朝勢能更低的地方運動。

如果地球是一個標準的圓球體，在地球表面任何一點的重力方向都指向地心，同時地面的支援力也會指向與重力完全相反的方向。隨著地球的自轉，圓周運動的旋轉加速度會產生一個與緯度面平行的慣性力f，因此海水會被這個力帶到赤道附近。

水在旋轉圓球體表面會朝赤道移動

但是地球並非完全規則的圓球，它實際上是一個“兩極稍扁、赤道略鼓的”橢球體。這意味著只要海水不在赤道或兩極，它受到的支援力與重力並不重疊，而是呈現一個傾向兩極的夾角，這個夾角會產生一個合力，將海水向兩極方向拉。

橢球體表面重力與支援力會形成一個指向極點的合力

由於重力G與支援力N的合力與旋轉造成的慣性力f相抵消，所以海水總體上處於勢能平衡的狀態，它既不會流向北極，也不會因為離心運動而全部湧向赤道。

地球是一個旋轉的橢球體

正確理解角速度與線速度的關係

當聽說“坐地日行八萬裡”、“呆在家裡超音速”時，你是不是覺得很驚訝？確實，我們跟隨著地球一起轉動，根本就沒感覺到它轉得這麼快。實際上如果你跳出地球，站在太陽系的角度來看它，就會發現其實地球轉得並不快，它一個小時才轉15°，一天才轉一圈。

地球表面大部分地區自轉線速度很快，南北緯40°以內的地區甚至超過音速，這主要是因為地球很大，它的平均半徑達到6371公里，即便24小時轉一圈，它表面的速度也會很快。

但要是一桶水24小時才轉一圈，水面會發生什麼變化？幾乎不變，對吧！

地球的洋流

地球上的海洋並不靜止，受不同區域海水溫度變化以及科里奧利力的影響，海洋中形成多股迴圈運動的洋流，但海洋總體上處於相對平衡的狀態，這是地球形狀與自轉慣性力達成平衡的結果。