假設在偏離地心無限近處挖了一條通道,貫穿地球,如圖,在洞口處乙個人無初速度自由下落,會發生什麼事情?

時間 2021-05-05 21:33:35

1樓:特斯拉貓

首先地球有自轉,所以除了南北極,地面上線速度大於地心,所以人會貼著洞的一邊滑下去的。

如果洞壁光滑,但有空氣阻力,你還是會來回振盪N次之後就會停留在近地心處。

如果沒有空氣,你會因為缺氧,失重而窒息。

如果穿上航天服。。。

好吧,如果沒有空氣,洞面絕對光滑,而且你還不會掛,你會在出口另一端達到速度為零。

如果洞另一端有個人的話可以剛好把你接到。你用了42分鐘到達地球另一端。這是理想實驗。

好玩的是,不管你用什麼角度挖這個隧道,也就是到地球上任何位置,通過的時間都是42min。

具體的解法 @andrew shen 已經給出了。

2樓:

這是乙個經典的結論: 真空無阻尼的結果是以地心為平衡點做簡諧運動, 有阻尼則會做阻尼振動最終停在地心. 對於如題主圖中所示偏離地心的情形也有相同的結論.

對於這一結果可以有乙個簡單的論證. 忽略自轉, 忽略地球的內部結構將地球視作均勻球體, 將人近似視作質點. 設質點所在的位置為, 地球半徑為.

容易證明的球殼對人無引力作用(參考: 今天才知道,空殼星球的內部是沒有重力的), 只需考慮的球的重力作用, 而容易證明這又等效於位於處同等質量的質點的引力作用, 因此, 其中為地球平均密度. 這正是簡諧運動的受力.

還可以知道這個往返振動的週期是.

對於偏離地心的情形注意到受力的分量和內層球體半徑變化的抵消, 與不偏離地心的情形相同.

如果考慮地球的自轉, 即考慮Coriolis力可以參考這個問題: 地球在自轉。現在挖乙個隧道,使得乙個小球從一端進入,從另一端出來,當中僅受引力作用,不和隧道壁有任何接觸。

這樣的隧道是直線嗎?如果不是,是怎樣的曲線?出口和入口是地球上相對的兩個點嗎?

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