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lunes, abril 24, 2006

Aviones y la rotación de la Tierra

Volvemos a la modalidad de consultorio. Oscar Hierro me ha enviado un correo electrónico con la siguiente pregunta:

Siempre pensé que un trayecto en avión entre dos puntos volando en el mismo sentido de rotación de la Tierra (para hacerlo más sencillo, en trayectoria paralela al Ecuador) tardaría más tiempo en realizarse que si ese mismo vuelo fuera en sentido inverso, es decir, volando en contra del movimiento rotatorio ("a contra corriente"). ¿Qué hay de cierto en ello? A simple vista tiene sentido, pero quizá estoy obviando alguna ley física que lo contradice.

Bueno, en principio, la rotación de la Tierra no debe afectar directamente al vuelo de un avión. Una avión básicamente se propulsa "empujando el aire hacia detrás". Bien mediante hélices, bien mediante reactores, el avión "tira" del aire, por decirlo de alguna manera, y lo "empuja" hacia atrás. Debido a la Tercera Ley de Newton (el famoso Principio de Acción y Reacción), el avión es empujado hacia delante. Es el mismo principio físico que se aplica en un barco o en un coche. El agua o el suelo es empujado hacia detrás por el vehículo, y éste resulta empujado hacia delante.

Así que la velocidad de un avión con respecto al suelo es la velocidad del avión con respecto al aire, más la velocidad del aire con respecto al suelo. Es decir, si suponemos que un avión mantiene la misma velocidad con respecto al aire (básicamente, mantener la misma fuerza de empuje, y suponer que las propiedades del aire circundante no varían), si no hay viento, la velocidad del avión con respecto al suelo será la misma en cualquier dirección. Pero si tenemos viento, el avión irá más deprisa si el viento es a favor, y más despacio si es en contra.

Por tanto, la pregunta que uno debe hacerse es A medida que la Tierra rota ¿se quéda atrás el aire?. Es evidente que en el suelo, y a bajas alturas no. Nuestra experiencia cotidiana nos demuestra que no existe un viento constante de Este a Oeste. ¿Y a la altura a la que viajan los aviones? Podríamos decir también que no. El movimiento de masas de aire en nuestra atmósfera está determinada por multitud de factores, como diferencias de presión, de temperatura... y sí, la rotación terrestre. No olvidemos que la rotación de nuestro planeta es la causa de la conocida fuerza de Coriolis, y que esta fuerza es la que hace que anticiclones y borrascas giren en el sentido en el que lo hacen (y por cierto, contrariamente a la creencia popular, no influye en bañeras y lavabos).

Así que la rotación de la Tierra influye indirectamente en el vuelo de los aviones. Pero he de hacer hincapié en lo de indirectamente. No es algo tan simple como una corriente de aire de Este a Oeste. De hecho, existe una corriente de aire casi en el límite con la estratosfera, llamada jet stream, con vientos de cientos de km/h, cuyo movimiento es precisamente en dirección opuesta sentido opuesto.

44 comentarios:

  1. Por lo que yo se (que no es mucho), la atmósfera rota junto a la Tierra, o lo que es lo mismo, Tierra+atmósfera se mueven como un todo. Por lo que, como bien dice Alf, la rotación no afecta directamente a la velocidad respecto al suelo de un avión.
    El jet stream es uno solo o existen varios? Tengo un amigo controlador aéreo y me dice que hay distintas corientes de aire (llamadas en castellano autopistas aéreas) que los aviones intentan alcanzar para 1) llegar más deprisa a destino y 2) ahorrar combustible. No se si estas autopistas son lo mismo que el jet stream. ¿alguna respuesta?

    Saludos,

    Nelor

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  2. Una cosnulta que podria haber hecho yo, ... gracias por la respuesta.

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  3. Muchas gracias por la respuesta Alf, como siempre, muy trabajada :)

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  4. Alf dijo: "Así que la velocidad de un avión con respecto al suelo es la velocidad del avión con respecto al aire, más la velocidad del aire con respecto al suelo".

    Sin entrar al fondo de la cuestión, lo que se dice ahí arriba no es exacto. Para nada.

    Las cosas son aún más complicadas que todo eso, de tal forma que lo de encima puede ser, en la realidad, completamente erróneo. Y eso pasa por ignorar la fuerza de rozamiento y que el aire en sí mismo lleva o puede llevar cierta velocidad. Vamos, que fuerza de rozamiento, viento y variabilidad de su dirección en función del lugar y de la altura, la diferencia de presión según altura --que hace variar la fuerza de rozamiento... y el empuje-- pues qué quieres que te diga... que complica un pelín las cosas.

    Que por poner el ejemplo, podríamos encontrarnos que un avión que se enfrenta a un temporal, tenga un desplazamiento negativo --o sea, que vuele de cola-- debido a que la fuerza de propulsión es menor que la fuerza de rozamiento del aire sobre el fuselaje y el borde de ataque de las alas, debido a la enorme velocidad del viento, lo cual desmonta la afirmación de arriba.

    Os recomiendo una lectura nada técnica pero realmente hermosa sobre la experiencia de volar, donde se narra la vivencia de un episodio como el que os comento: "Biplano", de Richard Bach; sí, el de "Juan Salvador Gaviota", descendiente de Johann Sebastian, el compositor.

    http://es.wikipedia.org/wiki/Richard_Bach

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    1. Vaya movida que te has soltado.
      Amigo mio, la apreciación del artículo es correcta.
      La velocidad de un avión con referencia a la tierra, es su velocidad respecto del aire que le rodea mas la velocidad relativa del aire respecto a la tierra...
      Física básica. Movimientos y ejes de referencia. Este razonamiento para nada se altera ni por la fuerza de rozamiento ni por ninguna otra fuerza del movimiento.

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  5. Sólo hacer dos comentarios, Alf:

    De este a oeste apenas tendrá importancia, pero si el avión fuera desde un Polo hacia el Ecuador, a medida que bajara, la Tierra giraría el suelo se movería bajo dicho avión. El resultado sería una desviación que más se notaría cuando más durara el vuelo.

    Por otro lado, dices en el párrafo final "movimiento de dirección opuesta". Debo puntualizar (ya que es malaciencia :), que una dirección tiene dos sentidos. Sería "en sentido opuesto".

    Salud!

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  6. Pablojota, estás hablando de fuerzas, pero en la frase solo menciono las velocidades. La afirmación es cierta en cualquier caso imaginable (bueno, a velocidades relativistas no estoy seguro, pero no es el caso). Generalizando más, la velocidad de A con respecto a C, es igual a la velocidad de A con respecto a B más la velocidad de B con respecto a C (siempre de forma vectorial, claro), independientemente de que haya o no relación entre los tres cuerpos. Es una cuestión de sistemas de referencia.

    De hecho el caso que comentas del temporal, reafirma lo dicho. La velocidad del aire con respecto al suelo es mayor que la del avión con respecto del aire (y en sentido opuesto), y por eso el avión se desplaza "hacia atrás" con respecto al suelo.

    Por supuesto, en el caso que nos ocupa, la velocidad del avión con respecto al aire está relacionada con muchos factores, como el empuje, el rozamiento, etc. Pero lo que quería destacar es que el avión sólo puede "actuar" sobre el aire que le rodea, independientemente de lo que le ocurra al suelo, y que además, ese aire puede desplazarse con respecto al suelo de muchas maneras, y no necesariamente "quedarse atrás" a medida que la Tierra rota.

    El párrafo anterior también contesta en parte a Omalaled. El suelo no se desplaza por debajo del avión, sólo por efecto de la rotación terrestre. Para que eso ocurriese, las capas de la atmósfera de vuelos comerciales (más o menos en en límite entre troposfera y estratosfera) tendrían que permanecer estáticas, de alguna manera, con respecto a las estrellas o al Sol. Es decir, que la Tierra gire, pero la atmósfera no. Y eso no es así.

    Imaginad un experimento: un globo en la estratosfera, en condiciones en las que no haga nada de viento. EL globo permanecería estacionario con respecto al suelo.

    Hagamos un pequeño cálculo, que tal vez tendría que haber puesto en el envío: El ecuador terrestre tiene una longitud de 40.075 km. Un punto cualquiera en el mismo, debido a la rotación de la Tierra, recorre esa distancia en 24 horas, lo que nos da una velocidad de casi 1.670 km/h. A 40º de latitud (más o menos la de Madrid), la circunferencia del paralelo es de casi 30.700 km (la longitud del ecuador por el coseno de 40º). Eso nos da una velocidad de casi 1.280 km/h. La velocidad de crucero de un avión de pasajeros es de unos 900 km/h (más o menos). Si la atmósfera no siguera solidariamente el movimiento terrestre, los aviones no podrían volar de Madrid a Roma, dado que no podrían "alcanzar" la velocidad del suelo.

    Hablando de otra cosa, Omalaled tiene razón con lo de la dirección y el sentido. Desde un punto de vista matemático, la dirección es la recta sobre la que se apoya el vector, y el sentido es la orientación (una dirección tiene dos sentidos). En el lenguaje coloquial, no se realiza esta distinción (el el código de circulación se habla de direcciones prohibidas, por ejemplo), y de hecho, la tercera acepción ´de "dirección" según la RAE es "Camino o rumbo que un cuerpo sigue en su movimiento", así sin más. Pero creo que tienes razón, si aquí se habla de ciencia, hay que utilizar el sentido matemático de esas dos palabras.

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    1. "Si la atmósfera no siguera solidariamente el movimiento terrestre, los aviones no podrían volar de Madrid a Roma, dado que no podrían "alcanzar" la velocidad del suelo"
      Creo que esto no es cierto ya que no estás teniendo en cuenta la velocidad del avión antes del despegue. El avión antes de despegar, cuando está en la pista esperando a que se le dé permiso, se está moviendo a la misma velocidad que el suelo sobre el que se apoya que sería 1280 Km/h de oeste a este. Cuando el avión despega su velocidad sería la suma de ésta más la velocidad del avión con respecto al aire.

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  7. Error!

    Los jet-streams van tanto de este hacia oeste como al contrario. Es cierto que la mayoria van hacia el este pero, hay un jet-stream que va hacia el oeste: el jet-stream ecuatorial. Que se suele encontrar entre las latitutes 7N.

    En total podemos encontrarnos 4: el artico, el subtropical, el ecuatorial y el de el frente polar.

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  8. Hola.. tengo una pregunta, aunque no tiene nada, o casi nada que ver :)

    Supongamos que todos los vehículos que tenemos en la superficie terrestre acordaran en acelerar todos en la dirección de rotación de la tierra, y todos ellos en el mismo sentido, en el mismo instante de tiempo. Mi duda es: variaría ligeramente la velocidad de rotación de la tierra?
    Sería como una manera de aceleración por propulsión?

    Gracias por vuestras respuestas :)

    Boyan

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    1. Jajajaj y si todos los chinos saltaran a la vez??

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    2. Jajajaj y si todos los chinos saltaran a la vez??

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  9. Entiendo los puntos de vista y al mismo tiempo no lo entiendo. Llegué por aqui por pura curiosidad, pero ahora me doy cuenta que realmente la rotación de la tierra no influye a ningún lado. Pongo como ejemplo una mosca dentro de un automovil. Si en realidad influyera la velocidad de este mientras la mosca vuela adentro, esta debería quedarse pegada en el vidrio trasero. Pero no es así porque este es tratado como parte de la fuerza que empuja el vehículo y todo lo que está adentro. Igual creo debe ocurrir con la tierra. Todo lo que está adentro se mueve con ella aunque este se mueva solo de un punto a otro. Que curioso !!!

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    1. Jajaja no había caído, a efectos prácticos una mosca es casi como un avión, no toca en suelo. Tienes razón que bueno

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    2. Jajaja no había caído, a efectos prácticos una mosca es casi como un avión, no toca en suelo. Tienes razón que bueno

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    3. El aire de dentro del coche no es comparable a la atmósfera terrestre. Yo no sé mucho de física (más bien nada) pero no md parece comparable rl aire libre que alcanza velocidades de hasta 1500km/h con el aire estanco de un coche que, en un huracán, permanecería tan inmóvil como el coche le permitiera. Pero, lo dicho, yo de física el sentido común y a veces ni eso.

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    4. Jajaja la mosca vuela libremente dentro del automovil, pero esta viajando a 100km/h osea si viaja por una hora al salir del auto se encuentra a 100km de donde se subió. Osea por mas que intentes explicar de que manera se propulsa un avión no explica que el suelo le esta girando en sentido contrario. Asique si sumamos la velocidad del avión ( de este a oeste a 800 km/h) y la velocidad del planete de oeste a este a 40.000 km/h) por mas que el aire ejerza una determidada presión extra si se acorta en tiempo el viaje ya que el suelo al igual que el auto se mueve independientemente al aleteo de la mosca o la propulsión de el avión!!!

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    5. esto es lo mas coherente que he leido aqui y solo tiene una explicacion, la tierra no gira y si no gira es porque no es redonda

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    6. No podía estar mas de acuerdo con usted. Además de que la tierra rota supuestamente en el ecuador a 1600/kmh, si viaja en un avión dirección Almeria-Barcelona, Barcelona-Almeria,"he tomado ese vuelo en varias ocasiones esta ultima década" Y siempre lo hace por la costa y en completa linea recta sin desviación alguna, el único factor que puede alterar el tiempo de vuelo es la climatología, si tiene viento a favor o en contra. Algo que no seria posible ya que si la tierra rotase escaparía al avión dirección este de forma bastante notable y perceptible, el avión seria incapaz de seguir la velocidad de rotación terrestre. Cuanto se habría desplazado la tierra en rotación bajo el avión Dirección Norte/Sur en una hora a 1600kmh? La tierra escaparía al avión sin duda, ya que este no puede alcanzar una velocidad mayor de 1000/kmh y el avión al despegar perdería toda inercia que la tierra pudiera ejercer sobre este. Los comandantes que dedican miles de horas a aprender a aterrizar aviones de pasajeros y demás aeronaves militares, lo hacen siempre en una tierra plana he inmóvil. Nunca en una superficie en movimiento, y es que, si la tierra estuviese en movimiento, se tendrían en cuenta la orientación de las pistas a la hora de aterrizar, yo diría que si, aunque no soy ningún experto. Cualquier vuelo que miren, tarda el mismo tiempo en ir de un punto a otro, únicamente afecta el viento. Tanto los aviones como los helicópteros no están afectados por ningún tipo de fuerza o de inercia terrestre rotacional en el momento de despegar o aterrizar, mas que la propia inercia que estos puedan ejercer sobre ellos mismos al desplazarse mediante sus propios medios. Porque tarda lo mismo un avión en ir Roma/Madrid Que Madrid/Roma? y curiosamente en todos los vuelos pasa lo mismo, que pasa con la rotación? La tierra es inmóvil. Lo único que se mueve es el Firmamento junto con el Sol y la Luna, y curiosamente, el firmamento continua siendo exactamente igual que hace 2000/3000 años. Que quiere decir eso? que tampoco se expande ningún universo.

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  10. Si un avion viaja en sentido de la rotación terrestre. La velocidad real seria la suma de la velocidad de rotación mas la velocidad del avión?

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  11. Sin duda, la masa de aire que existe alrededor de la Tierra (atmósfera) gira con ella, de lo contrario tendríamos que "atarnos" al suelo para no salir despedidos por la velocidad del aire. Por otro lado, es lógico pensar que la capa más cercana a la Tierra, por rozamiento, es arrastrada por ella y por eso no notamos el giro de la Tierra. Ahora bien, existe una zona llamada Capa Límite que es esa zona desde la Tierra hasta una altura x que está influenciada por el giro de la Tierra. ¿Hasta qué altura (lógicamente es variable en función de diversos factores) llega esta Capa Límite? Es lógico pensar que cuanto más alto vuele un avión, menos influencia tendrá el giro de la Tierra; la duda es a partir de qué altura influye realmente menos o si es igual de efectivo el efecto de dicho giro en toda la atmósfera.

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  12. Por la altura a la que viaja el a avión no le afecta. Tierra, atmósfera y avión se mueven como lo todo. Dentro de ese todo el avión se mueve. Dicho en otras palabras y ojalá aclaren más, el avión se mueve por dos fuerzas, una por el movimiento de la tierra pero como esta a relativamente baja altura se mueve a la misma velocidad que la tierra y la atmósfera (en conjunto) y la otra fuerza es la de sus turbinas que hacen que se desplace de un punto a otro "dentro de la tierra" (tierra y atmósfera)

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  13. Para comprobar esto empíricamente sin acudir a la nasa, seria observando los meteoritos.
    aquellos que entran con dirección al giro del planta generarían un rose menor a aquellos que entran en dirección contraria,
    así como aquellos que entren en dirección norte o sur deberían experimentar una desviación en su cola.
    Esto debido a que teóricamente la atmósfera gira en conjunto con la tierra como una masa.

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  14. La tierra es plana, empiecen por ahi busquen las trayectorias de vielos y plasmenlas en un mapa de la tierra esferica y luego en uno de la tierra plana, ahi obtendran sus respuestas.

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    1. aunque no lo entendamos plenamente, esa es la explicacion mas posible

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    2. Ya salió el troll de turno

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  15. Me surgió una duda, quizás es medio tonta, que pasa si un avión gira en misma direccion de la tierra (como si fuera un todo) pero a mayor velocidad que la tierra, pasando del día a la noche y pasando nuevamente al día... ¿estariamos viajando hacía el futuro? Ya que un día en la tierra son 24hs, pero si el avión realiza esa misma rotación a mayor velocidad, ¿como la llamariamos? Ya que pasaríamos un día antes que la tierra lo haga. Espero que se comprenda.

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    1. Muchos satelites, también la IASS, tienen periodos de revolución alrededor de la tierra de hora y media o 2 horas. pasan un montón de veces al día por amaneceres y anocheceres.

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  16. Es como
    Una mosca volando dentro de un auto bus en movimiento
    El mov de la tierra no influye
    En el trayecto de un avión

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  17. buenas tadres gente. leyendo sus comentario me surgio una duda cual es el momentum q al salir de la atmosferia dejamos de girar con la tierra o sea pasamos de un globo a 40000km x hora a 0 de golpe. espero se entienda mi consulta.

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  18. Respuestas
    1. Y la gente piensa que si, y no hay mas que mirar TODAS las rutas aéreas para percatarnos que no tienen ningún tipo de lógica en una tierra esférica. Ninguna lógica.

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    2. Además, donde queda la trigonometria cuando pueden verse islas como mallorca desde cualquier punto de catalunya y esta se encuentra a mas de 200km de distancia. Creen que el agua se curva al mismo tiempo que los aviones siguen la rotacion terrestre..... nos toman por idiotas.

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  19. Hola, yo entiendo que la rotación terrestre no influye en la velocidad del avión, pero sí en las horas (relativas) de cada región, porque vamos en contra o a favor de los husos horarios. Y ese sería el tema en la pregunta que se hace Ramiro.

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    1. Un avión que viaja de Nueva York a Europa tendría que ver como la tierra se le aproxima "dirección este" como siempre obviamente, ya que siempre rota en la misma dirección,"aunque realmente es el sol el que se mueve de este a oeste". Y por contra, si un avión despega desde Europa hacia Nueva York la tierra se le escaparía sin posibilidad de alcanzarla, incercia de rotación? me suena a cuento chino, y la gran mayoría sostienen que algo así sucede, no hay ningún tipo de experimento científico que demuestre semejante hecho. los aviones que no viajan a otros países "vuelos nacionales" no superan los 850kmh, pero los que viajan a otros continentes como el Boeing 747 si los superan. Aunque no por mucho, el Boeing 747 tampoco supera los 1600kmh de supuesta rotación en el ecuador, si que alcanza los 920kmh, pero aun con eso, no seria posible a mi manera de ver hacer vuelos dirección a Nueva York como se hacen si la tierra realmente rotase. Si los aviones siguen la inercia que proporciona la rotación terrestre en la atmósfera... esta no es hacia una única dirección? y acaso no vemos a todos los aviones ignorar esta "ley"? ya que supuestamente esta está en continua rotación hacia el este. Por cierto, TODOS los comandantes de aviones saben perfectamente que la tierra no se mueve y que esta no es esférica por muchos motivos. Pero lo mejor de todo es que el Lockheed SR-71 Blackbird es un aeronave militar que cuenta con el récord mundial de mayor velocidad en el aire, desde 1976, alcanzando una velocidad de 3. 530 kilómetros por hora, es decir, más de tres veces la velocidad del sonido. Pensáis que no saben a la perfección si la tierra se mueve o no? hay datos al respecto en los medios de desinformación de estos experimentos o algunos mas recientes al respecto? jejeje

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  20. Si la velocidad de rotacion de la tierra es aprox 1700 k/hora y un avion recorriese a esa misma velocidad en el sentido de rotacion terrestre, porque entonces vemos desde un punto fijo del suelo que el avion se desplaza y adelanta en solo unos segundos? Y no lo vemos como un objeto que flota simplemente sobre el punto de refrencia en la superficie.Es que no hay rotacion?

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    1. Porque cuando estaba en le aeropuerto , quietecito, ya estaba a 1700 Km/hora.

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  21. Yo creo que un avión debe ir de igual manera tanto hacia el este comí hacia el oeste . Tenemos el ejemplo de nosotros mismos. ¿Acaso demoramos más en llegar caminando a un lugar si nos dirigimos hacia el este que hacia el oeste? No. Demoramos lo mismo siempre y cuando no haya viento a favor o en contra.

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  22. El giro terrestre si afecta. Poco, pero afecta. La atmósfera gira a la misma velocidad de la tierra, pero a baja altitud. Es como un flujo laminar, cuanto más me aleje de la tierra, es menos densa y la velocidad es menor. Puedes hacer la prueba con cualquier fluido...

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  23. Hola, estaba leyendo por curiosidad, porque esta duda nos surgió con unos compañeros pero no respecto a la velocidad, sino respecto a las distancias. Si dos aviones despegan al mismo tiempo y uno tiene como destino una ciudad 1000Km hacia el oeste y el otro una ciudad a 1000Km al este, cuando lleguen a sus destinos ambos deben haber recorrido distancias respecto a si mismos distintas, es decir el que viajó al oeste viajó menos kilómetros porque su destino "se le acercó", mientras que el que viajó hacia el este tuvo que recorrer más Kms porque su destino "se alejó" debido a la rotación de la tierra. ¿Esto es así? Y de ser así, ¿esto no impactaría en la velocidad o en el tiempo de su recorrido? Gracias!

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    1. Ambos tienen que recorrer su mil kilometros

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  24. ¿Los que dicen que la tierra es plana de verdad están convencidos de ello o es por fastidiar?
    Además de ser redonda, cosa que solo se puede apreciar desde fuera de la tierra y bastante lejos de ella lo mismo que se ven redondos otros planetas y nuestra luna,todo lo que está sobre ella se mueve como un todo con la rotación, atmósfera, aviones, personas y aves. Y da igual en que dirección se va, La distancia es la misma si se va andando, en avión, en barco, o en burro. Nos movemos con nuestro planeta y la única forma de escapar de este movimiento es salir al espacio fuera del alcance de rotación de la tierra. Es algo lógico.

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  25. Los aviones no vuelan, ni la Tierra existe.

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  26. Hay una explicación más fácil a esta teoría y es por ejemplo si viajas dentro de un tren y das un salto ¿te desplazas dentro del tren hacia el sentido contrario en el que viaja? pues no porque el aire que hay dentro del tren viaja junto con el tren, pues esto mismo pasa con la atmósfera de la Tierra que viaja junto con la rotación y se traslada junto con la tierra por eso mismo no implica qué un avión qué viaje en contra de la rotación vaya más rápido ya que de este modo seria como dar un salto en el suelo y que nos desplazaramos al volver a pisar los pies a tierra y claro esto no pasa.

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