為什麼飛機的往返時間會不一樣?

坐飛機,北京到倫敦10個多小時,倫敦到北京卻只用了9個多小時。差別如此之大。

到網上再查一下機票,發現每天的每次航班的飛行時間都是如此,所以排除了偶然的可能性。

那麼,究竟是什麼原因影響了往返飛行時間不一致呢?往返航線不一樣?或是人為有意的控制往返飛行速度(如果是這樣做的目的是什麼)?再或者難不成地球自轉會影響?(這個我真不信)

求有理有據的回答。


這個問題和地球自轉沒有半毛錢關係。

你在船上分別向不同方向跳遠,你跳的距離並不會因為你向船行駛的的反方向跳而更遠。飛機在地球大氣層內飛行是同樣的道理。

最主要的原因就是風的影響:

圖1

圖2

圖2是一張全球大氣環流模式圖,不難看出,從倫敦到北京的航線處於在一條西風帶上。事實上北半球中緯度地區都處在西風急流帶上(所以國內航班也會有這種西向東飛行時間比較短的現象),而且冬季比夏季風大。

風的影響有那麼大嗎?

我們不妨做個假設:

倫敦到北京直線距離8163千米 Distance from LHR ,客機高空巡航真空速大約850千米/小時(各機型有差異),我們取今天的空中風為準

西方帶上1萬米高空的空中風大約是130千米/小時,那麼:

從倫敦飛北京:

8163 ÷ (800+130) ≈ 8.8小時

從北京飛倫敦:

8163 ÷ (850-130) ≈ 11.3小時

這一來一回就差了2.5小時了。

當然以上只是舉個例子,空中距離只會比直線距離長,而且飛機不會一直只在這個高度層飛行,空中風變化很大,所以這個時間不具參考性。

其他的因素,比如飛機巡航速度,航路有無直飛,相對於風這個因素都要小多了。


其實是對問題認知的三個境界:

第一個境界:想當然的認為是地球自轉相對飛行方向帶來的速度差,當然這是錯誤的。

第二個境界:認識到了大氣環流高空西風對飛機的直接影響,但否認地球自轉的影響。這也是片面的認識。

第三個境界:高空西風的成因本質上是受太陽熱量與地球自轉對大氣的綜合影響造成的。所以太陽熱量與地球自轉的合作用才是問題答案的本質。

這也是看山是山、看山不是山和看山還是山的三層境界。


中國大陸大部分高空屬於盛行西風帶,所以一般自西向東比自東向西要快。其他類推,主要看高空風向。


重寫一個答案,期望會直白些。仍有不清楚的請提出:

先說結論:

飛機飛行會受地球自轉影響明顯,即使排除風力影響,也會出現往返時間不一樣。

而這影響跟飛行路線有關,起終點緯度絕對值相差越大(如起點為南緯8度,終點為北緯22度,緯度絕對值差值為14度),影響越大。

下面開始科普。套用某答案中的話:科普之路,任重道遠。這要先從物理最基礎的牛頓第一運動定律說起,定律內容如下:

除非有外力施加,物體的運動速度不會改變。

這是其他大部分答案的依據。我認為拿到這裡來不合適,但他們都忽略了一個重要的前提:

牛頓運動定律只成立於慣性參考系,又稱為牛頓參考系。

有答案提到地速與空速概念。這個就是分別以地面或空氣作為參照物,認為地球上任何一處地面或空氣是靜止或者是在勻速運動的。在研究幾公里甚至幾十公里的小區域內,這種近似運算當然沒問題,用起來也很方便,但飛機飛行幾千公里,甚至差不多半個地球,再以這些作為參照物,就有問題了。跳到太空看地球,無論是空氣還是地面,都是運動中的。比較好的參照物是地心,而不是地面。

舉個例子,相信大家就會明白了,如某答案所說,在船上垂直跳起落下,理應落在原地。無論以船為參照物還是地球為參照物,都是一樣的。

但如果有兩船同向而行,甲船速10米/秒,乙船速5米/秒。兩船上分別有A/B 2人,在兩船相距10米時,以相對本船20米/秒的速度(風速為0)把手中的石頭拋給對方,問兩人是否同時接到石頭?

這應該算是小學應用題,這樣的速度應該不需要用到相對論,我就不算出來了。

接下來,科普2,角速度與線速度。

現在討論的是地球,地球自轉屬於圓周運動,

物體上任一點對定軸作圓周運動時的速度稱為「線速度」。它的一般定義是質點(或物體上各點)作曲線運動(包括圓周運動)時所具有的即時速度。即上圖中的V.

而角速度是指,物體轉動時,在單位時間內轉過多少角度以及轉動方向的矢量,如上圖中的ω。

兩者的轉換關係為:

線速度V=s/t =2πrω

角速度ω=θ/t=V/(2πr)

顯而易見,地球自轉時,除極點外,每個位置的角速度都是一樣的,但線速度會由於該位置與地軸的距離(也就是半徑,公式中的r)不同,而不同。

極點的線速度為0,赤道的線速度近似為465米/秒(這是百度的值,按角速度為360度/24時,即15度/小時計算,結果也近似)。緯度為60度的地方,其線速度為465*COS60^{o} =465*1/2=232.5。演算法依據如下圖,應該能看得明白吧。

好了,關鍵點是,一架飛機從赤道飛到緯度為60度的地方,也就是從線速度為465米/秒的地方飛到線速度為232.5米/秒的地方,對比其返程的運動,從線速度為232.5米/秒的地方飛到線速度為465米/秒的地方,運行的時間是一樣還是不同呢?

在忽略風力的情況下,飛機的飛行與兩條船上拋石頭的例子能不能類比呢?

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科普3,科里奧利力,簡稱科氏力

也許有人會提出異議,說兩條船速度不一樣與飛機起飛降落地點速度不一樣不能比較。船的例子只有兩個速度,而飛機飛行過程中,穿過不同區域,不同地點的線速度都不一樣的。事實上飛機飛在半空中,與地面就沒有什麼關係了,如果非要以相對於地面速度來計算(也就是認為起止點為靜止的),也不是不可以,但不能直接套用牛頓第一定律,必須引入一些修正。

這裡涉及的計算看似很複雜,但前人已經鋪好路了,就是1835年,法國氣象學家和工程師科里奧利(Gaspard-Gustave Coriolis)提出,為了描述旋轉體系的運動,需要在運動方程中引入一個假想的力,這就是科里奧利力。引入科里奧利力之後,人們可以像處理慣性系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體系中的運動方程,大大簡化了旋轉體系的處理方式。

科里奧利力這個名字對多數人來說也許陌生,但它的兄弟離心力大家就比較熟悉了。

這兩個都是慣性力,慣性力只是人們為了便於直接在非慣性系裡分析物體運動,而想像的一個力,並非真實存在。

如坐在車中,轉彎時感覺有個力把你從車中向外扯,我們把這力定義為離心力,實質上這不過是慣性的作用。

類似的,由於旋轉物體不同點存在不同的線速度,為計算方便,便定義了科里奧利力。

下圖為質點在旋轉物體上直線運動的軌跡,知乎傳不了動態圖,需要點開來看。

File:Corioliskraftanimation.gif

這圖中,如果以圓盤本身為參照物,側物體似乎受到一個力使其運行軌跡向右彎了,這就是受到科氏力的作用了。

類似的,在地球上運動的物體,只要運動方向與地球自轉方向存在夾角,都會受到科氏力作用,受力方向北半球向物體運動的右側,南半球向物體運動的左側。

接著問題來了,既然飛機往返都受到科氏力的作用,軌跡都會因此而發生變化,為何往返時間會有不同呢?

原因在於,科氏力並不是處處一樣的,緯度不同其值也不同。根據WIKI, 在地球上,其受力公式為:

m 為物體質量; F為地轉偏向力的大小;v為物體的水平運動速度分量;ω為地球自轉的角速度;

SIN是正弦函數;Φ為物件所處的緯度。受力方向北半球向物體運動的右側,南半球向物體運動的左側。

其他幾個值固定,而緯度越高,SIN Φ值越大,也就是雖然飛行過程中都受到力的總量一樣,但從高緯度飛到低緯度地區,受力是先大後小,從低緯底飛到高緯度,受力先小後大。這個計算要用到微積分,但要確認有沒有差異還是很容易的,就等同於加速度先大後小,與先小後大,簡單做一下計算就會有結果了。

因此,相對於地面速度,即使沒有風,在科氏力的作用下,飛機往返時間還是有差異的。

以上討論只適用于飛機只在北半球或南半球飛行的情況,假如飛機跨了赤道,比如說從北緯30度飛到南緯30度,卻又如何呢?

用方法一,北緯30度飛到南緯30度,兩個地點的線速度是一樣的,因此往返區別不大。

用方法二,無論往返,飛行時受力是大-小-大,方向相反,距離一樣,因此區別也不大。

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

說到底,這是科里奧利力起的作用。想像把地球的赤道想像成如下圖一樣的切面。飛機就是下圖的黑球。當然,飛機無法自地核起飛,就當是小球在半程啟動好了,但到達邊緣時始終是有偏差的。

發覺知乎無法顯示動態圖,請移步:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%91%E9%87%8C%E5%A5%A5%E5%88%A9%E5%8A%9B

這裡看直觀些


這種問題Google一下就有答案了。下次請題主自己先搜一搜,自己先研究一下,若搞不定再提問。

飛機有兩個速度:地速和空速。地速是飛機相對地面的速度,空速是飛機相對空氣的速度。順風時,地速要快,反之要慢。

航程較遠的飛機一般飛行在平流層,這裡底層盛行西風,往上夏季盛行東風,冬季盛行西風,總之都是有風的。

簡單分析,假設一架飛機由西向東飛行,迎面而來的風,速度達到50海里/小時,而飛機的空速保持在450海里/小時,那麼,飛機相對地面的移動速度就減慢到400海里/小時,反之,如果向東飛行,同樣條件下,地速就會提高到500海里/小時。

南方周末 - 【飛行問答】為什麼往返的飛行時間有不同?


說與自轉無關的你們都錯啦,風向只是表象,根本原因還是地球自轉。

飛機來回時間不一樣的直接因素是風向,排名第一的答案說的很清楚,但是這個風向是空氣熱量交換和地球自轉引起的地轉偏向的共同結果。如果地球不自轉,大氣環流就不會有東西方向的風向,而全部是南北方向的熱對流。

補充一下地轉轉偏向。

日常生活中我們習慣於把地面參考系當成是慣性系。但是在轉動的球體表面,質點是在相對於自轉軸做圓周運動,有一個向心加速度存在。因此地球表面嚴格的講不是一個慣性系。當需要以自轉中的球體表面作為參考系時,可以引入一個假象的力,「科里奧利力」,把非慣性系轉化為慣性系。更具體的解釋可以見維基詞條:科里奧利力。強調一個容易被人誤解的注意點,就是「科里奧利力」是為處理問題方便而假象出來的力,不是真實存在力的作用,科里奧利力不存在施力物體,沒有反作用力,更不會做功。

地轉偏向在日常生活中幾乎是感覺不出來的,但是在大尺度的天氣系統上,地轉偏向有著顯著的影響。颶風的漩渦,各個緯度的盛行風向,都是天氣系統在地轉偏向的影響下的結果。


對於長途飛行,影響最大的是高空風向和風速

例如西風急流,北溫帶自西向東的航班,比如倫敦非北京,往往會利用西風急流以節約燃料,反向的則會避開西風急流。

對於中短途飛行,例如中國境內南北航向的航班,除了風本身對飛行的影響以外,還有另一個影響,就是起降方向。例如整個中國東部都在刮偏北風,國內平原或濱海機場的跑到也大多是接近南北朝向,則飛機回選擇北起北落。因此,深圳飛北京起飛後和降落前飛機不需要大轉彎,但北京飛深圳,飛機起飛後就要轉180度再向南飛,降落前也需要先完成轉向再降落。,這部分時間對於短途航班而言影響就比較大了。

第三個,就是空管對飛行路徑、高度的影響了。這個大多數情況下、影響比較小


首先說明不是地球自轉的影響。

這種觀點其實是做了這樣的假設,飛機在天上飛,而地球在地上轉,自然正反方向時間不一樣。這種觀點忽略了一個事實:

大氣與地球是同步轉動的:地球在赤道的自轉線速速是465米/秒,而17級颶風的速度只有60m/s左右(風速_百度百科),如果大氣與地球不同步,那地球上豈不是整天超級颶風吹得毛都不剩了。

接著解釋是風的影響。

說是風的影響,不如說是大氣自身移動的影響。

飛機在飛行過程中相對於大氣的飛行速度是一定的:飛機為了保持穩定,在各個飛行環節的飛行速度都需要在一個可控的區間內,因此,整體上看,飛機飛行速度是一定的,並不會因為來去的速度不一,影響飛行時間。強調一點,這裡的飛行速度是相對於大氣的速度(否則飛機無法在大氣中平穩的飛行)。

既然大氣和地球的自轉是同步的,而飛機相對於大氣的速度也是一樣的,那飛機應該來回的時間是一樣的。造成不一樣的原因,就是大氣自身的移動。

飛機的速度相對大氣必須一定+大氣自身的移動,自然相對於地面的速度就不一樣了。就如@Erroll Garner解釋的一樣,時間就不一樣了。

與在船上跳遠的例子相比:

兩者沒有可比性。


以前回答過類似問題,主要是空速和地速的差別。空速是飛機相對於大氣的速度,要保證飛機有足夠的升力,空速就需要保證;地速是飛機相對於地表的速度,是決定兩地之間時間差的速度。而空速和低速往往是不一致的,有風的影響(比如固定的常年存在的赤道以北的西風帶),也有飛機經濟速度(空速)的要求。總的來說,風的影響較大。如果北半球西風多,那麼就是從東向西飛比從西向東飛更耗時,因為超西飛需要飛機克服西風達到更好的升力條件,所以地速就更快。


贊成@Erroll Garner 的,為了表示我的贊同

特搬運南方周末的文章過來支持一下

來源:南方周末 - 【飛行問答】為什麼往返的飛行時間有不同?

問:為什麼同一條航線,往返的飛行時間卻不相同呢?

這首先是由飛行的獨特性決定的:受風的影響,飛機飛行的速度會有不同,以至於同一條航線的往返時間可能有明顯區別。實際上,哪怕是其他條件完全相同的同一航線,在同一天里的飛行時間也不一定相同。

在解釋這個問題以前,先看空速和地速這兩個概念。飛機在空中飛行,依靠的是空氣快速流動通過機身而產生升力,這指的就是空速,飛機相對於空氣的移動
速度,不是飛機相對於地面的移動速度。換句話說,即使空速相同,地速也可能有不同。至於地速的大小,最直接的一個外力影響就是風,順風飛行則地速要高一
些,相反,逆風飛則地速顯得慢一點,好比船在江中逆水而上和順流而下,速度也可能不一樣。

說到風,地球上的高空風基本以西風為主,也就是說,多數時候風都是由西方吹來,並且,高度層越高,風力也越大,最大時風速可以達到每小時200多海
里。很自然地,當我們乘坐飛機由東方飛向西方,其間需要消耗的時間就會比相反方向由西方飛來要長一些。這時,不少飛行員為節約行程時間,可能會向空管申請
飛得低一些,因為在較低的高度層,逆風的風速也會相對小一些。

簡單分析,假設一架飛機由西向東飛行,迎面而來的風,速度達到50海里/小時,而飛機的空速保持在450海里/小時,那麼,飛機相對地面的移動速度就減慢到400海里/小時,反之,如果向東飛行,同樣條件下,地速就會提高到500海里/小時。

再看兩個實例:北京飛往法蘭克福的航班,從北京起飛後向西方飛行,去程的時間約為9個半小時到10小時左右,而從法蘭克福飛回北京的時間僅為8個半
小時左右,這就是西風帶對飛行時間的影響。飛行距離越遠,往返於同條航線的時間差也越大。比如,上海飛往成都需要3小時20分鐘,而成都飛回上海只需要兩
個半小時。

此外,夏季的風要比冬季的風來得溫柔許多,於是我們經常看到,各個航空公司都有按季節劃分的航班時刻表——當然,這除了有風的因素導致部分航班的往返時間需要進行調整,可能影響航班時刻的因素還有客流變化、調度安排以及部分國際航線涉及時區變化等。

以上解釋了為什麼同一航線的往返飛行時間可能有明顯區別。但還有一種現象,比如武漢飛北京,一天中有的航班只需要1小時45分鐘,有的航班卻需要2
小時甚至更多一些時間,這又是為什麼?這就不完全是飛行速度的關係了,還包含了另一個客觀因素——機場流量問題。於是我們會留意到,一般只需要1小時45
分鐘的航班都出現在一大清早和夜班航班,當時機場流量相對較小,飛機空中等候時間較短,而需要兩小時以上的航班多半出現在高峰起降時段。

下次飛行,如果逆風而上,就請安心享受徜徉藍天白雲之間的片刻悠閑,享受每一次快樂飛行。

祝各位一路平安。


簡而言之就是風,因此贊同joVi的答案,其實國內航班也是如此,東西方向來回的航班都有差別,北半球的話應該是平流層西風帶的影響,而且相同航班在不同季節花費的時間都會不同。雖然飛機在起降的時候不喜歡順風,但是巡航中的順風無疑是會省油省時間的。


因為順逆風。



雞掌有約會


風和氣流吧


這個主要是跟不同高度層的風向有關。因為正常計算航行時間是根據距離除以地速(GS)計算的,即使是相同的空速情況下,順風和逆風的地速也不一樣的,所以就造成往返時間不一樣。地速=空速+-風速。


盛行西風的影響,東南海風的影響



空速一定時,順風地速大,逆風地速小,所以從一個地方到另一個地方用時不一樣,主要是受風速的影響。


你指的是

去的時候要一個小時,回來的時候要兩個半小時


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