旧金山市区怎么玩:如果在地球的北极上方打一孔,从孔中投一石子,它将处于什么地方?

来源:百度文库 编辑:查人人中国名人网 时间:2024/05/13 07:08:47

如果孔有底,石头掉到坑底拉倒。

如果你把地球打穿,并加固孔壁使之光滑平直,那你的石头在忽略空气阻力的情况下会做由北极到南极的往复运动直到永远。考虑空气阻力,会做阻尼振动,振幅不断变小,最终停在地心,悬在那里不动。

首先可以认为石子做自由落体运动,方向指向地心(但更具体的分析,在石子下落过程中,离地心越近,重力加速度将越来越小,不是真正的自由落体运动)。

不过重力势能不断转化成动能,速度在石子到达地心之前,将越来越快。

过了地心,可以认为石子的运动相当于竖直上抛运动(但这里的重力加速度还是有变化的)。动能逐渐转化为势能,速度变慢,最终速度为零。再开始作相当于自由落体运动。

由于要考虑空气阻力的影响,石子实际是在作阻尼运动。能量逐渐减小,在地心附近振动,最终停留在地心。

还有一点要说明,在不停地自西向东自转的地球上,物体具有一定的水平方向速度,这个速度与地球自转速度相对应。离地心越远,线速度越大,因此石子在开始下落的一刹那,相对于地下更深处,在作平抛运动,具有一个向东的水平初速度,最终将撞在孔的东侧孔壁上,这个规律叫落体东偏,在足够深的井中就可以演示。

因此要达到石子停在地心附近的效果,要么孔德治警足够大,要么地球停止自转。

lishucheng_71的分析比较全面,我就在他的基础上给他指指错误好了。在理想状态下石子的下落是简谐振动而不是自由落体和竖直上抛,具体推导如下:
设物体处在隧道中距地心x的位置,那么物体所受万有引力为F=Gm*M/x^2,其中M为以x为半径的球体的质量(因为外面的球壳的引力在各个方向上互相抵消,这个证明可以用微元法或者说是微积分解决,在此我们将其作为一个结论加以应用),因此M=rou*3*Pi*x^3/4,rou为地球密度。将其代入上述公式,得到F=Gm*rou*3*Pi*x/4,即作用力和距地心的距离成正比,比例系数k=Gm*rou*3*Pi/4,因此我们可以断言物体将作简谐振动。具体的加速度及位移与时间的关系可由简谐振动的公式得到。

上面这个答案是我原来写的,现在copy了一下。其他部分lishucheng_71那个答案就差不多了,就拿那个做正确答案好了,楼主在评论里面把我这个加上去就行。

如果孔有底,石头掉到坑底拉倒。

如果你把地球打穿,并加固孔壁使之光滑平直,那你的石头在忽略空气阻力的情况下会做由北极到南极的往复运动直到永远。考虑空气阻力,会做阻尼振动,振幅不断变小,最终停在地心,悬在那里不动。

它将来回在南北两极摆动
有点像单摆

南方.北极上没有别的方向吧.