如果地球上挖了一個洞,出口在地球的另一端,一個人跳進洞中,他會怎樣運動?

文學痞子


如果地球上挖了一個洞,出口在地球的另一端,一個人跳進洞中,他會不停在洞裡面做以地球為中心的往復運動!(如下圖所示)

當這個跳到這個洞裡以後,他所受到的,他受到的重力會逐漸降低。因此,其加速度會逐漸降低,但是直到這個人到達地心以前,他都是加速的,到達地心時他的速度最大,加速度為零。(如下圖單擺由右向左運動,到中心零位置)

下一步這個人從地球再往下繼續下落,這次做的是一個加速度越來越大的減速運動,最終在到達地球另一端的時候,速度變為零,加速度變成最大。下一步這個加速度繼續向上運動,直到回到原始位置,速度變為零。下一步再重複以上過程。(如上圖單擺由右向左運動,從中心零位置到最左側,再到最右側)。

總之,這個人會一直在這個洞裡以地球球心為中心做蹦床一樣的運動!


地震博士


這是一個很有意思的問題啊,相信很多人也曾幻想過自己掉入一個無底洞會是什麼樣子的。(猶記得《仙劍一》中阿奴和唐鈺小寶掉入無底洞之後的“溫馨場面”。)

我們先不討論人類能不能在地球上挖一個直通另一端的洞,僅從力學角度來看,如果你真的掉進這樣一個洞裡,你很有可能會在這個通道里做上下彈簧似的運動,直到停在地心附近,永遠漂浮著,再也見不到天日(好可怕有木有)!

為什麼這麼說呢?

很好想像,地心引力之下,人在剛剛掉進洞時會以加速的方式一直向下。但當人完全進入洞內後,就會受到來自四面八方的引力。而由於是在地球內部,此時的地球就像是一層層圈層套起來的,每個圈層的密度和重力都一樣,但人在不同圈層受到的上下引力卻是在變化的,因為越近地心,其上方的引力就會越來越大。

所以,人在到達地心之前的下降過程是在做加速度逐漸減小的加速運動。當到達地心時,人所受到的四面八方的引力相同,地心引力為零,此時,其下降的速度達到頂點,但加速度為0。

越過地心之後,加速度會越來越小,到地球另一端時,速度達到最小值。但此時,由於受來自地心引力的影響,人會向反方向運動,如此反覆,像一個彈簧一樣,做往返運動。

當然,在運動過程中,人會受到如空氣等的阻力,所以,其運動的長度會逐漸減小,直到在地心上下漂浮。

以上這些都是在人類可以在地球上打個貫穿兩端的洞,且不考慮地球內部熱量的情況下才會實現的。否則,僅地球內部熱量,人還沒到地心就被融化了。


鎂客網


這個問題很有意思,我高中的時候就曾經思考過。假如在理想環境中,不考慮其他意外因素,從洞的入口跳進去,通過地心滑倒洞的另外一端,這個人的運動形態是簡諧振動,會像彈簧一樣來回振盪。

我們知道,地球表面上的重力加速度是9.8米/秒/秒,當一個人從洞的入口跳下去,他會加速下墜,但隨著距離的深入,他受到的引力也會逐漸變小,也就是說,他運動的加速度在變小,但他的運動速度仍然在增加,當到達地心時的他的運動速度最大,但此時的加速度為0。

這個人高速通過地心後,滑向洞的另外一端,高速飛去,這時他會受到和運動方向相反的加速度,使得他的運動速度開始減速,隨著他遠離地心,加速度也逐漸增大。當他到達洞口另外一端時,他的速度將減低到0,這時他的加速度最大,地心引力又會讓他重新下落,快速滑向洞的入口處,如此反覆,他的運動形態就是物理學上的簡諧振動,當然,這是在最理想狀態下的運動。

當然,實際情況是,他會受到空氣助力的影響,他不可能滑到洞口的另一端,另外,挖這個洞不通過地心的話,他也會受到地球自轉的影響,還有最重要的一點,就是地球內部的高溫,隨著滑入距離越來越深,溫度也會越來越高,一個人不可能承受幾千度的高溫炙烤,到不了地心會被燒為灰燼。

(手機上寫了好幾百字,眼累,手累,請大家給點個贊)


震長


很好,讓我們假設現在在地球中心鑽了一個洞!

當然假設沒有空氣阻力!然後你跳了下去,我會聽到你尖叫一會兒,直到你的呼喊變得越來越模糊,越來越模糊......


假設我們可以為你保持隧道的暢通,而且氧氣充足,身體又能抵禦高溫,並且以某種方式防止壓力隨著你的下降而增加,總之各種假設讓你不會死!然後你就可以享受有史以來最長的自由落體,直到抵達地球的中心。

一般來說,當你掉落的時候,你每秒鐘掉下來的速度就是每秒9.8米,但只能在地球地表附近。表面上,地球上所有的質量都在你的腳下,但是當你墜落時,越來越多的質量環繞著你,發揮著自身的重力。


這些水平力量會相互抵消,你不需要擔心這一點,但是頭部以上質量的比例越來越大,所施加的力量會越來越小,因此加速度會隨著接近核心而減慢。

所以在到達中心之前至少會有40分鐘的自由落體的快感,由於重力減輕,中心速度將低於10米/秒。直到你到達地球的中心!

在地球的中心,重力將在所有方向對稱地作用於你。但是當你越過這一點時,你就會開始減速。基本上意味著你會像彈簧一樣執行上下運動。

當然了,如果排除任何能夠保護你的因素,估計用不了幾分鐘,你會應該缺氧而死,然後成為一具屍體,直到被高溫化為灰燼…

更多未解之謎,盡在:萬物未解之謎


萬物未解之謎


這是一個高中物理奧賽題吧?

用高斯定理告訴我們,物體在地球內部,受到的引力只跟從物體所在位置到球心處這個小圓球內的質量有關,並且可以認為所有的質量集中於球心。

應用牛頓引力公式,就可以發現其實受力相當於一個彈簧,也就是正弦運動。


松鼠老孫


對這個跳下去的人作一個受力分析。

剛跳入洞口的時候,這個人肯定是以重力加速度向下墜落,速度越來越快。但是隨著人在洞中越墜越深,它受到的地球的引力是越來越小的。因為在地球表面的時候,地球在人的腳下,受到的地球引力的合力是豎直向下指向地心的。但是在地球內部,這個問題就變得複雜起來了,因為人的上下左右都是地球的質量,那此時人受到的地球重力是怎樣的?

假設此時人掉落的深度是H,地球半徑是R,其實利用積分可以得出一個結論,此時人受到的地球重力,就相當於人站在一個半徑為(R-H)且平均密度和地球相當的一個星球上所受到的重力,就是上圖中紅色圓圈所示。也就是說人的重力正在逐步變小,因為人上方的地球質量對人的萬有引力抵消了一部分人下方地球質量的萬有引力。

所以在到達地心之前,人是在做加速度逐漸減小的加速直線運動的。

當到達地心,人受到的地球引力來自於四面八方,而且每個方向的引力相同,因此引力相互抵消,所以此時人受到的地球引力為0,這時人的運動速度達到最大。再往下掉,頭頂上方的地球質量越來越多,於是重力開始變為向上,而且越來越大,和人的運動方向相反,這樣人就開始做加速度逐漸增大的減速運動。直到運動到另一個出口時,速度正好為0。接下就開始向上墜落,這樣週而復始,人就在洞中一直來回,像彈簧振子一樣來回震動。

上面的這個分析是不考慮空氣阻力的情形,如果考慮空氣阻力的話,就會有能量損耗,所以人在第一次跳入洞口後,是不能達到另一個出口的,在另一個出口之前就開始向上運動了,而且每一次往復振動離地心越來越近,經過很長的一段時間後,永久的停留在地心。

當然,地球內部溫度高達上千攝氏度,地心溫度更是達到了5000多攝氏度,如果真有這樣一個洞的話,人跳下去還沒到地心了就化成灰燼了。

我的微信公眾號:熊貓愛飛行(ID:iflypanda)


熊貓愛飛行




這個問題在今日頭條看到多次了,看來很多人都有這種奇特的想法。當然挖的洞不能考慮地熱,否則直接往火山口裡跳就對了。對於貫通地球的石洞,可能會發生這種情況:

1.開始是自由落體,進入地球內部後,由於地球質量相對人體的分佈發生變化,重力加速度也會逐漸改變,所以是個變加速運動。

2.不能只考慮地心引力而忽略另一個力,因為地球自轉的影響,只要洞口不在南北極,就有地球自轉產生的向西的科氏力,所以人會沿著石洞的東側壁向地心滑落。



3.若不考慮空氣阻力,速度會逐漸加大。越過地心變為減速運動;一段路程後反向,沿著石洞東側壁回落;來回幾次後停在地心。


4.若考慮空氣阻力,沿石洞一側壁加速下落一段距離,速度趨於勻速;越過地心後一段距離,反向沿石洞對面側壁回落,反覆幾次後停在地心。大致如此吧。


仰望星空


假設真有這樣一個無底洞。前蘇聯物理學家別萊利曼就有講過,“如果你落進了這樣一個無底洞,你會停留在哪裡呢?停留在地球的中心嗎?不會的。當你落到地球中心的時侯,你的身體下落的速度會有這樣大(大約每秒鐘8公里),使你根本無法停留在這一點上,你會繼續不斷向前飛去。運動速度逐漸變慢,一直飛到洞的另一端的邊緣。到了這裡,你就應當牢牢地抓住洞邊,不然你又要落進洞裡,就這樣來回擺動,沒完沒了。在有空氣阻力存在的情況下,來回擺動會逐漸變弱,最後人會停留在地球中心”這樣穿洞一次,需要多少時間呢?按整個路程來回一次需要84分24秒,大約是一小時半。這是別萊利曼這樣說 的。佛蘭馬理翁接下去說:如果這個洞是順著從一個極到另一個極的地軸掘的,情況就會象上面說的那樣。可是,如果我們把出發點移到別的緯度,移到歐洲,亞洲或非洲大陸上,那麼就得把地球自轉的影響也計算進去。大家知道,地球表面上的每一個點都在奔跑。赤道上的各點每秒鐘跑465米,而在巴黎的緯度上,每秒鐘跑300米。由於離地球的自轉軸越遠,圓周的速度越大,所以扔進洞裡的小鉛球不會筆直地落進去,而要略微偏向東面。因此如果在赤道上挖掘無底洞,就應該把它掘得極寬,或者掘得十分傾斜,因為從地面落下的人所走的路,會遠遠離開地心而偏向東面。


手機用戶浮譁落盡


謝謝邀請,這個問題並不那麼簡單,我們就科普一下這個問題吧。

當在地球的兩端(並不是南北極),打一個洞,如圖,跳下去,會出現什麼情況呢?

那麼這裡會有一個科里奧利效應,就好像你坐在一個旋轉游戲太上扔一個球時,球的路徑會責怎樣呢?

非常詭異的路徑。當你站在赤道上以每小時1670米的速度向東旋轉,而你處的地球還是每天自轉一圈,

所以你的速度會越來越慢

如果你跳進一個垂直的地心深井裡,很快你的向東的速度就會超過身邊周圍的岩石,掉下幾千米你就會碰到深井東面的牆壁

所以,即使你不會死,也不可能掉到地球中心去。

好吧,我們再看看,假如這個洞是南北極的。其情況是什麼呢?

跳進南北極的洞,由於重力加速度會使你一路加速,一直到每秒8千米,地心之旅你只需要13分鐘就可以完成一半,

路程了。隨著離地心越來越近,地球大部分質量都處在你的頭頂了。它會逐漸抵消在你下方地球質量的吸引力,你承受的拉力也會越來越小知道你達到地心

這個時候,你將處在一個失重狀態,這個時候,你是感受不到上和下的。

這個時候,你的速度還是在22000米每秒,一旦越過地心,其過程就會顛倒過來,

其速度會慢慢下降,你減速的力剛開始比較微小,逐漸增大,直到達到另一端,你就停止了運動,回到地球上來,時間耗時37分鐘。


好孩紙尼可樂斯


假設真的可以把地球挖穿,太陽在洞的哪邊,人就會掉到哪邊。要知道太陽的引力使太陽系一切物質向下。地球本身有升力也受到太陽引力,所以它一直在太陽地面上滾來滾去。假設沒地球,人直接做自由落體,掉進太陽裡。能不能掉到地球另一邊,取決於那邊有沒有太陽。也有可能掉到地球中心哪裡都去不了,地球球心引力最大,地球上一切物質都向心力


分享到:


相關文章: