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给地球打通一个洞,人跳下去,那会落到什么位置呢?

2018-01-07    来源:中国日博365体育在线_365在线体育备网址_有体育在线直播的bet365网    作者:实习编辑

给地球打通一个洞,人跳下去,那会落到什么位置呢?

  其实这是一个非常复杂的问题。就从几种所能想到的情况分类讨论吧!

  首先,强调在此不讨论能不能打通的技术问题。

给地球打通一个洞,人跳下去,那会落到什么位置呢?

  随便打一个洞——估计不出几千米就会撞到洞壁上。

  可能走不了多远,因为这里会有一个“科里奥利效应(Coriolis effect)”,让你直接就走不了多远就一头撞在洞壁上。

  科里奥利效应(Coriolis effect)是在地球自转的影响下产生的效应。

给地球打通一个洞,人跳下去,那会落到什么位置呢?

  这里依稀记得刚刚学习地球是绕地轴自转的时候,白天、黑夜的变化都是通过地球自转实现的。直到有一天知道,原来马桶冲水的水向下旋转方向也是受到地球自转影响的。(地球自转还可以这么操作。)

  北极点上空向下看,地球呈逆时针方向自转;南极点上空向下看,地球则呈顺时针方向自转。这就导致科里奥利效应影响,北半球马桶里的水向逆时针方向往下排,而南半球马桶里的水则向顺时针方向往下排。

给地球打通一个洞,人跳下去,那会落到什么位置呢?

  地球自转的平均角速度为 7.292×10^(-5)弧度/秒,在赤道上的自转线速度为 466 米/秒。

  地表的自转线速度到地球内部的线速度逐渐减小,所以你跳下去自身和地球自转的线速度逐渐大于身边的岩石速度,就会慢慢偏离直线轨道,做曲线运动到时候就撞在洞壁上。

  所以地球打通一个洞,人跳下去,估计不出几千米就会撞到洞壁上。

  直接在两极打洞(没有科里奥利效应),同时补充一点:假设没有空气阻力和摩擦力。

  由于地球的质量更多分布在靠近地心的地方,所以乐观估计在下降的前3000千米中,受到的重力基本是相同的。

  这里就要拿出我们中学就学过的重力加速度a=9.8米每平方秒。

  所以预计13分钟你就可以达到地球外核。

  这时候地球的密度越来越大,所以这时候所受到的重力应该增加,暂且预估为10%。

  向上的万有引力越来越大,但是还是小于向下的万有引力,直到到达了地球核心,这时候受到的各个方向的万有引力相等,所以就是失重状态。

  但是,冲跳下之后,一直是有加速度,速度一直在增加,这时候你是一个高速运动的物体,所以继续向下,你是在做加速度逐渐变大的减速运动。

  这时候高中物理就告诉我们,不难看出,这时候的引力和弹簧拉动着一个物体上下运动产生的效果,具有相同性质的力。

  引力驱动下产生的运动和弹簧振子产生的运动一样,是一种简谐振动。整个过程,势能-动能转化过程。

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  我们前面说过,假设没有空气阻力和摩擦力,所以就是理想状态,也就是说没有力的损失,那么就可以顺利到达地球那一端。

  地球直径:12756千米;

  估算了一下,达到地心时的速度为35000千米每小时=10千米每秒,达到地心所需时间大约为19分钟。

  一旦穿过核心,你的速度就会变成慢慢下降(相对于地球另一头,就是上升。)直到达到地球另一头,这个的速度才降为零。

  所以完成这次穿越大约需要38分钟。

  想想38分钟就可以穿越地球,这个速度还是挺快的。

  但是很遗憾的是全世界最深的洞——科拉超深钻孔,也只是达到12,262米,距离穿越地球还任重道远。

  直接在两极打洞,考虑摩擦力和阻力。

  那么掉下去的时候,摩擦力和阻力会消耗下落的动能,把简谐振动变成阻尼振动,让运动的振幅越来越小,最后漂浮在地心。这时候才是真的做到了失重。。。

  其实还有很多因素没有考虑,比如,地球不是一个密度均匀的球体,基本上地球的密度都不均匀分布的,那么在下落的过程中也不这么容易简单处理的。

  提供一张根据现有数据估算出来的地球内部真实的重力加速度变化情况。我们能做的只有这么多,如果大伙有办法算的话,不妨算一算。


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