索理客 发表于 2015-3-30 08:54

“掉”到地球另一端需要多久?

亚历山大·科罗茨(Alexander Klotz)是加拿大麦吉尔大学(McGill University)的一名学生,他近日对一个由来已久的物理问题进行了计算,即如果地球中心被挖了一条通道的话,一个人需要花多长时间才能从这一头“掉落”到通道的那一头。此前,人们给出的答案大多是42分钟,但他得出的结果却是38分钟,并将自己的论证、计算过程和结论发表在了期刊《美国物理学杂志》( The American Journal of Physics)上。
http://static.cnbetacdn.com/article/2015/0330/768b35f41372fe2.jpg图为从太空中拍摄的西半球如果有人设法挖了一条贯穿地球的通道,并成功“掉”了进去,他需要多长时间才能到达通道的另一端呢?这是一个每年都会向学生提出的问题,且大家算出的答案大多是42分钟。但这真的是正确答案吗?科罗茨认为不是,并用数学的方法给出了证明。在得出42分钟这个答案时,人们往往将重力变化产生的影响考虑了进去(由空气引起的摩擦力在此不予考虑),因为人在接近地心时,重力会逐渐减弱;而随后远离地心时,重力逐渐加强,这时人体就相当于沿着与重力相反的方向向“上”飞去。人们普遍认为,在前半程“坠落”过程中产生的速度足以让人克服重力,来到通道的另一端。但科罗茨认为,应当将地球内部密度的变化考虑进去。已经有很多研究显示,地心处的密度比地壳要大很多,而这无疑会对坠落过程产生影响。他使用了一系列地震勘探数据,计算出地球内部不同深度处的密度,从而对上述问题给出了一个更精确的答案。最终的结论是,一个人只需38分钟(零11秒)便可穿越地球,而不是42分钟(零12秒)。有趣的是,科罗茨还注意到,就算假定全程重力都保持地面水平不变,计算得出的结果同样也是38分钟。
http://www.cnbeta.com/articles/381233.htm

法拉利ss 发表于 2015-3-30 09:22

大刘的作品《地球大炮》?

啤酒小岛 发表于 2015-3-30 10:32

(由空气引起的摩擦力在此不予考虑)那这掉到地心时的时速都多少了!!

混沌星光 发表于 2015-4-3 06:58

这个问题有点无聊啊,中学问题不考虑空气摩擦,本来就是培养中学生在中学知识层次上的想象思维,无非是来回做振荡,有少许阻尼就做简谐振荡。
不考虑空气摩擦,更不能考虑洞壁摩擦,下落过程角速度不变,但线速度到地心要归零。。。洞壁摩擦巨大。

☆慕容泪☆ 发表于 2015-4-3 09:28

不用算了,不同纬度掉下去穿越地球有不同的时间和不同的路径的,因为要把各个纬度的地球自转切线初速度的矢量考虑进去,只有南北两极穿越才并且忽略地球绕太阳公转的弧度切线速度(把地球绕太阳公转看成直线运动)才能这样算,但主帖根本没有提到这点,把地球看成相对于宇宙是静止的谁不会算?

虽然饿说这么热闹,饿还是不会算,因为如果非南北极互掉,考虑地球自转时,掉下去的路径好像是不经过地心的,由于本人知识有限,真想像不出这个路径是S型过地心,还是弧线绕开地心,或者是永远掉不到另一端而是无限接近地心。总之这个自转初速度矢量是个大麻烦。

《全面回忆》这套电影就有这个地心穿梭机。

混沌星光 发表于 2015-4-3 22:20

☆慕容泪☆ 发表于 2015-4-3 09:28
不用算了,不同纬度掉下去穿越地球有不同的时间和不同的路径的,因为要把各个纬度的地球自转切线初速度的矢 ...

这个你想得过于复杂了,切线速度固然迅速递减,但下落过程中减速带来的是对洞壁的压力,这个力的方向是垂直于洞壁的,增加的是对洞壁的摩擦力,如果摩擦力忽略不计(实际会非常大),那么并没有额外的分力来增加或减小下落物体的重力,也就是说,如果洞径远大于下落物体直径,不管横向物体如何运动,都无法改变物体向下的自由落体速度。
虽然地表引力要略小于地心引力,重力加速度g值还是适用的,在这个题目里并不需要考虑物体的运动轨迹。

jizhefanfan 发表于 2015-4-4 02:57

科普了
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