问题

假如在行驶的火车上,跳起来滞空一定时间,落地时会在原地还是发生位移?为什么?

回答
这个问题很有意思,也很容易让人脑海里立刻浮现出各种画面。答案其实并不复杂,但要讲清楚为什么,咱们得拆解开来聊聊。

核心答案:落地时,你会在原地。

别怀疑,就是原地。无论你在火车上跳得有多高,滞空多久,等你双脚再次踏上地板时,你还是在之前跳起的位置。

为什么会这样?这里面涉及一个非常重要的物理概念:惯性。

想象一下,你坐在飞驰的火车里,哪怕火车开得飞快,你站起来走动一下,甚至原地跳一下,你都不会觉得自己在“追赶”后面的座位。这是因为你和你所处的火车以及车厢内的所有东西,都一起以相同的速度向前运动。

火车在向前开动,这意味着整个火车都在以一个稳定的速度向着某个方向前进。而你在火车上的所有运动,都是相对于火车本身进行的。

当你决定跳起来时,你并不是凭空消失然后重新出现在另一个地方。你是在火车这个“参照系”内做出一个垂直向上的动作。

在跳起的瞬间,你已经获得了火车向前运动的速度。所以,当你垂直向上跳起,身体暂时离开火车地板时,你的身体并没有停止向前运动。你和你一起在火车上的所有物体(空气、车厢地板、座位等等)都共享着同一个向前的速度。

这就好比你在一个高速行驶的汽车里,往天上扔一个球。球在向上抛出后,它会有一个向上的轨迹,但同时它也带着你扔它时的那个向前的速度,所以球会落在你前方不远处,而不是留在你身后。在火车上跳跃的情况也是同一种道理,只是我们通常体验到的火车速度比汽车更快,所以惯性效应更明显。

咱们再细致一点聊聊这个过程:

1. 起跳前: 你和火车一起以相同的速度向前运动。你的身体,包括你的脚,都拥有这个向前的速度。
2. 起跳过程: 你用腿部力量蹬地,给自己的身体一个向上的冲量。这个冲量主要是垂直方向的。但是,你脚部的向前动量并没有因此消失。它依然存在,并会继续作用在你的身体上。
3. 滞空阶段: 在空中,没有外力(比如空气阻力或者火车地板)作用在你的水平方向上,因此你的水平速度(也就是火车的速度)会保持不变。你虽然在向上运动,然后又因为重力向下运动,但这两个方向的运动是叠加在你原有的向前速度之上的。你可以想象成,你是在一个巨大的传送带上跳舞,传送带在往前走,你跳着舞,但你的舞步并不能让你离开传送带的运动方向。
4. 落地过程: 当你向下落回火车地板时,你的身体的向前速度与火车地板的向前速度是完全一致的。所以,当你脚接触地板的那一刻,你只是回到了火车地板上,而这个地板本身也和你一起向前移动了。

打个比方:

想象你在玩一个大型游戏,你和游戏里的平台一起以每秒10米的速度前进。你在平台上原地跳了一下,跳得有0.5米高,滞空了大概0.3秒。在这0.3秒里,平台和你(包括你跳起来的那个瞬间)都在以每秒10米的速度前进。所以,等你落地的时候,你就像是回到了你起跳的那个点,因为你和那个点在同一时间向前移动了相同的距离。

那么,什么情况下会在火车上“发生位移”呢?

如果在火车上发生位移,那不是因为你跳起来本身造成的,而是你在跳起来或者落地过程中,主动给自己的身体施加了一个与火车前进方向相同的水平力。

比如:

你起跳的时候,稍微往后蹬了一下地板(试图让自己跳得更高,或者动作不太协调): 这个“往后蹬”虽然是相对于火车地板,但因为你的脚在用力离开地板时有了一个向后的分力,那么根据牛顿第三定律,地板会对你有一个向前的反作用力,帮助你抵消一部分向前速度,甚至可能让你落地时比起跳点稍微靠后一点(相对于火车)。但更常见的是,你会感觉自己稍微被“拽”了一下。
你落地的时候,没有完全垂直地落下,而是脚先往后“抓”了一下地板(为了站稳): 这个动作也会给你一个相对火车地板的向后速度,让你落地时相对于起跳点稍微靠后。
你在空中做了很夸张的翻滚动作,并且在翻滚过程中,某个阶段身体的某个部分与火车地板有过非常短暂的、非垂直的接触,或者有意无意地改变了身体的水平速度: 这种情况理论上是有可能产生细微位移的,但幅度会非常小。

但通常情况下,我们所说的“在火车上跳起来”是指一个相对纯粹的垂直起跳。 只要你的起跳和落地都没有主动向火车地板施加额外的水平力来改变你的水平速度,那么你就只会相对于火车落在原地。

所以,下次有机会坐火车,不妨试试原地跳一下,感受一下那种“脚踏实地”又“一切如常”的奇妙感觉!这正是惯性在默默地为你“服务”。

网友意见

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不考虑空气阻力,不是沿着赤道运行的话,沿着地球表面抛起的物体,受到克里奥利力的作用,会有微小的位移。

在军事上,火炮做远程射击时,应考虑科里奥利力引起的弹道偏差。第一次世界大战时,德军用巨型加农炮在距巴黎70英里处轰击巴黎。如果按通常的瞄准法,炮弹会偏离目标一英里以上,但德军考虑到科里奥利力的作用做了修正瞄准,结果炮弹准确的打到巴黎市内。也是在这次大战中英德双方在福克兰群岛(约南纬50°)附近的海面上展开了一场海战。战斗中,英军的炮弹像着了魔似的都落在离德国战舰左方约100m的地方。原来英军战舰上大炮的瞄准器是在其本土上(约北纬50°)校准的,而在南半球作战,科里奥利力的作用方向正好相反,所以产生了双倍的向左偏差。在北半球,当物体从高处自由下落时,相当于从南向北运动,由于科里奥利力的作用,会发生落体偏东现象。可以计算出,若物体从60m(相当于20层楼)高处自由下落,在北京(北纬40°),其落地处偏东0.78cm。但由于风等其他因素的干扰,这个现象通常是难以察觉的。


这个题其实并不简单。

要么就是文科生是来这里考察并鄙视大家文笔和想象力的。

看了几个回答,没有一个文笔流畅,想象力丰富,创造力出色的回答,

连语言都组织不好的回答,还在嘲讽文科生,其实是嘲讽了自己。

答er们加油啊!要“不回则以,一回惊人”

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题主站在正在以大约30公里/秒绕太阳近似直线运动的地球上,跳起来假如会滞空10秒,在不接触地球的情况下,落地时会在原地还是发生位移?为啥?

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