阐述这个问题,我们从中可以窥视出相对性原理的真谛和应用范围。
假如在赤道地面上建有一座 的大楼,在大楼墙壁外侧离地面
500m
处伸出一横旦,横旦上有一小孔,
600
m
孔径大小刚好与子弹相配套,子弹通过小孔自由下落,在落点处架设一条步枪,枪管与横旦小孔垂线重合,瞄
准横旦小孔射击。假如子弹出膛的速度为 ,问子弹能否刚好穿越横旦小孔?
v
=150m
/
s
t
解:计算子弹到达横旦处的时间 :
1
s
=vt
−
gt2
,
根据公式
2
GM
−11
3
−1 −2
g
=
;
v
;
,
平均重力加速度,
:
万有引力常数,
;
s = 500m
6.6710 m kg s
=150m
/
s
G
:
g
rd rh
= 5.97421024 kg
M
:
地球质量,
;
M
t = 3.806382263(s)
将数据代入计算得:
v
= 464m
/
s
步枪在地面上向上射击,子弹的横向速度始终是地面的自转速度
,而大楼
高处的横向
500
m
d
速度为
rh
vh = vd =
rd
6378500
6378000
464 = 464.036375(m / s)
子弹并没有正中横旦小孔,而是稍稍偏西一点,偏西的距离为:
s
= (vh −vd
)t
= (464.036375−464)3.80632263
= 0.138455m
计算是按真空理想状况进行的,忽略了空气对子弹的影响。实际上,空气即使相对地面静止(无风),而对
2(rh − rd )
243600
瞄准垂直目标上射的子弹来说是有风的,风速大小为
对子弹的水平推力可以忽略不计。
米/秒,风向从西到东(西风)。由于风速太小,
假如将横旦上移至
处,将子弹的速度调为
,使得子弹尚未达到横旦的高度就往下掉落,
550m
v =100m / s
问子弹能否刚好掉进枪膛中去?
不难想象,子弹上射及返回过程中的横向速度与发射时枪口的横向速度始终是相同的,所以子弹可以砸中
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