چرا پرواز درخلاف جهت چرخش زمین هواپیما را زودتر به مقصد نمی‌رساند؟

چرخش سریع زمین با وجود سرعت بالای آن، تأثیر مستقیمی بر کاهش زمان پرواز ندارد؛ موضوعی که گاهی باعث سردرگمی و ایجاد سوال در میان برخی افراد شده است.
به‌نظر می‌رسد برخی از افراد، در مورد رابطه‌ی بین چرخش زمین و زمان پرواز، به‌ویژه هنگام پرواز برخلاف جهت چرخش زمین، گیج شده‌اند. آن‌ها می‌پرسند چرا پرواز بر‌خلاف چرخش زمین، باعث افزایش سرعت هواپیما و کاهش زمان سفر نمی‌شود؟

یکی از کاربران فیسبوک که چرخش زمین را باور ندارد، در پستی در این شبکه‌ی اجتماعی می‌پرسد با توجه به اینکه زمین با سرعت تقریباً ۲٬۲۵۳ کیلومتر بر ساعت از غرب به شرق می‌چرخد (البته بیشترین سرعت چرخش زمین ۱,۶۷۰ کیلومتر بر ساعت در نزدیک استوا است)، چگونه پروازهایی که از شرق به غرب سفر می‌کنند زمان پرواز بسیار کوتاه‌تری را تجربه نمی‌کنند؟

نویسنده استدلال می‌کند: «هواپیما که از شرق به غرب با سرعت ۴۸۲ کیلومتر بر ساعت پرواز می‌کند و زمین با سرعت ۲۲۵۳ کیلومتر بر ساعت در زیر هواپیما از غرب به سمت شرق می‌چرخد. پس چگونه هواپیما با سرعت ۲۲۵۳ کیلومتر بر ساعت به مقصد خود نمی‌رسد؟ و چرا سفر برگشت طولانی‌تر یا کوتاه‌تر نیست؟ جواب: زمین نمی‌چرخد.»

سؤال کاربر فیسبوک در حالی که ناشی از درک نادرست از اصول اولیه فیزیکی است، تصور غلطی رایج در مورد اثرات چرخش زمین بر دینامیک پرواز را برجسته می‌کند. برای روشن‌شدن، بیایید یک سناریوی ساده را برای نشان‌دادن بهتر اصول فیزیکی موجود در نظر بگیریم.

اینرسی به تمایل یک جسم برای حفظ وضعیت حرکت یکنواخت یا سکون خود اشاره دارد

برای شروع، تصور کنید می‌توانید یک پرش واقعاً بزرگ به هوا در خط استوا انجام دهید، جایی که چرخش زمین در حدود ۱٬۶۷۰ کیلومتر در ساعت است. اگر روی ترامپولین بپرید و فرض کنیم سه ثانیه روی هوا هستید، انتظار دارید کجا فرود بیایید؟ اگر مانند کاربر فیسبوکی فکر کنید، پاسخ شما باید ۱٫۳۹ کیلومتر به سمت غرب ترامپولین باشد؛ زیرا زمین زیر پای شما چرخیده است.

کاربر فیسبوک با مطرح‌کردن سؤال خود فرض می‌کند که هواپیماها در هوا ساکن هستند در حالی‌که زمین زیر آن‌ها با سرعت ۱٬۶۷۰ کیلومتر در ساعت یا ۲۷٫۸۳ کیلومتر در دقیقه و ۰٫۴۶ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. براساس این استدلال ناقص، اگر شخصی فقط برای سه ثانیه به هوا بپرد، ۱٫۳۹ کیلومتر در غرب موقعیت اصلی خود فرود می‌آید.

اما دنیا پر از کودکانی نیست که از روی ترامپولین پرواز کنند و با سرعتی بیشتر از هواپیماهای تجاری در هوا پرتاب شوند. این اتفاق نمی‌افتد، نه به این دلیل که برخی می‌گویند زمین در حال چرخش نیست، بلکه پاسخ در قانون اول نیوتن، یعنی «اینرسی» نهفته است.

شما به دلیل اینرسی به‌همراه زمین حرکت می‌کنید. اینرسی تمایل اجسام در حال حرکت است که در یک خط مستقیم با همان سرعت، در حرکت باقی بمانند، مگر اینکه نیروی خارجی روی آن‌ها اثر بگذارد. اینرسی توضیح می‌دهد که چرا وقتی به بالا بپرید، چه مستقیم از روی زمین، چه از درون کامیونی درحال حرکت، در همان نقطه‌ای که از آن پریده‌اید، فرود می‌آیید.

برای حرکت در جهتی متفاوت، باید نیرویی اعمال شود، مانند زمانی که به جلو می‌پرید یا زمانی که از هواپیما چیزی بیرون انداخته می‌شود. هواپیماها هیچ خاصیتی جادویی ندارند که آن‌ها را از قوانین اینرسی معاف کند. بنابراین، هنگامی که هواپیما از زمین در حال چرخش بلند می‌شود، باید انرژی خود را صرف سفر به مقصدش کند.

یکی‌دیگر از تصورات نادرست در پست فیسبوک، این فرض است که اتمسفر ما ثابت می‌ماند در حالی که زمین در زیر آن می‌چرخد که فرض دقیقی نیست. همان‌طور که زمین در حال چرخش است، به دلیل نیروهای اصطکاک، بیشترِ جو را به همراه خود می‌کشاند. اگر اتمسفر با حرکت زمین همراه نبود، از نظر تئوری می‌توانستیم از سرعت شدید باد برای کاهش زمان پرواز استفاده کنیم.

در واقع، پرواز به سمت غرب (بر‌خلاف چرخش زمین) کمی بیشتر از پرواز به سمت شرق طول می‌کشد. وب‌سایت «سیمپل فلایینگ» می‌نویسد: «دلیل پروازهای سریع‌تر هنگام پرواز به سمت شرق، جریان‌های جت است. به بیان ساده، [رودباد یا جریان جت] جریان‌های هوای باریک و سریع در جو هستند که در ارتفاعات بالا یافت می‌شوند.»

چرخش زمین و گرم‌شدن اتمسفر توسط خورشید بر جریان‌های جت تأثیری دارد، اما نه خیلی زیاد. هر چه به خط استوا نزدیک‌تر باشید، زمین سریع‌تر می‌چرخد ​​و بر جریان‌های جت تأثیر می‌گذارد.

ناسا توضیح می‌دهد که هرچه به قطب‌ها نزدیک‌تر شوید، سطح زمین کندتر می‌چرخد زیرا مسافتی که در یک روز طی می‌کند کمتر است. وقتی هوا یا آب از عرض‌های جغرافیایی بالاتر (نزدیک قطب‌ها) به عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر (نزدیک استوا) حرکت می‌کند، از سطح سریع‌تر عقب می‌ماند و بادی به سمت شرق ایجاد می‌کند. برعکس، زمانی که هوا یا آب از عرض‌های پایین‌تر به عرض‌های بالاتر حرکت می‌کند، سریع‌تر از سطح زیرین حرکت کرده و به نظر می‌رسد به سمت غرب منحرف می‌شود. این انحراف به دلیل اثر کوریولیس است که در نیم‌کره‌ی شمالی هوا یا آب به سمت راست منحرف می‌شود و در نیم‌کره جنوبی به سمت چپ.

بنابراین چرخش زمین تنها به شکل غیرمستقیم و از طریق تأثیر آن بر سرعت و جهت باد بر زمان پرواز تأثیر می‌گذارد. اما شما نمی‌توانید به سادگی هواپیما را به هوا ببرید و منتظر بمانید تا زمین از زیر شما عبور کند. فیزیک چنین اجازه‌ای به ما نمی‌دهد!