如果圍赤道做一個鋼圈,鋼圈每個位置離地面固定一米,焊接後圈是會落地,還是懸浮在一米的空中?

阿泰14




題主提出的這個問題過於理想化了。這個問題有非常多的條件是無法滿足的。

1.首先地球並不是完美的球形,即使整體是個水球,也不能保證高度差一定小於一米。何況由於月球和太陽的引力,地球上潮水的高度相差最大在13到15米。

2.你這個鋼圈,鋼條的剛度不能保持完美的圓形。在鋼圈曲率和地球的理想曲率相等的情況下,鋼圈材料和結構使局部的變形是必然的。也就是說,鋼圈的剛度抵抗不住地球對各個位置引力產生的變形。

3.即使鋼圈的剛度足夠,由於地球上各個位置的引力大小是不同的,鋼圈各點的受力大小也不一樣,所以理想的鋼圈受力也不均勻。



4.即使以上條件都能滿足理想,地球的質心和鐵環的重心也不會在一個點上,因為地球也不是一個質量均勻的球體。更何況由於太陽和月球的引力,再加上地球的自轉,地球的質心位置是在隨時變化的。地球質心和鋼環重心不重合,就不會穩定。

總之這個問題無論在理論上或實際上,都是不成立的。


仰望星空


首先我是個一個工學博士一年級在讀的學生,其次我接下來的觀點只由我本人負責,與學校無關,與父母無關,與國家的教育模式無關。如果要噴請噴我本人,請勿涉及其他人員。

題主的問題思路很明確,只是把剛體用鋼材來描述可能會讓材料學的同學表示不滿。如果只考慮理想狀態,我們把不妨把模型簡化為一般的剛體模型:把地球簡化為一個質點,把繞其一圈的鋼材簡化為具有絕對剛度不會形變的鋼圈,同時把地球的引力場簡化為以質點為中心的均勻發散磁場,最後我們把整個模型放置於真空環境中,從理論力學角度來分析,均勻鋼圈各個方向上所受的力相互抵消,因此呈現出"懸浮"的狀態。

但是,理想實驗畢竟屬於理想,考慮現實狀態,比如地球不是均勻球體,各部分引力常量不同導致引力不同,鋼材無法保證絕對剛度。綜上,我給出兩種情形可供參考:

1.假如鋼材具有良好的塑性,那麼鋼材會被壓縮,最終緊貼在地球表面上。

2.假如鋼材不具有良好的塑形,且脆性很大,那麼鋼材會呈現出多段崩塌的狀態,以一小段一小段的形式折斷後散落在地球表面上。

以上觀點僅代表個人看法,如有異議,歡迎討論。



Cardiac


我靠,這一直是我心中存在的一個問題。第一次說出口,是初中和同學說了一下這個設想。同學聽懵了都。第二次不死心,高中問了當時的地理老師。老師也愣了一下,當時給我的答案是估計那個圈會懸浮在地球上。後來我自己也思索了這個答案。

在絕對理想的情況下,圈應該是懸浮在地球外圍的。從地面看,就是一條鋼管懸浮在空中。

但這個絕對理想應該很難實現,估計至少鋼圈要在大氣層以外,就像其他行星的行星環一樣。

如果要是在大氣層內,有一點氣流變化,使得這個鋼圈在鋼圈平面外的方向受力不均勻,估計鋼圈會“靠倒”在地球上。就咣噹咣噹一頓亂撞,然後穩定在地球上,最後應該是有幾個點會著陸,而大部分還是懸浮在地球上。畢竟圈兒比地球大。

靠腦洞理解吧


Greader


理想情況下,不考慮地球自轉,認為地球是質量分佈均勻的球體,不考慮磁場力,不考慮其他星球的作用,如果鋼圈靜止懸浮,每部分受地球萬有引力都指向地心,鋼圈有收縮的趨勢,可計算出截面上的應力為長度為6400公里鋼圈的重力,假設鋼圈能承受這個應力而不潰縮,鋼圈的平衡為不穩平衡,在微小擾動下,最終鋼圈一處接觸地面,鋼圈所在的面在赤道面上,保持靜止。

實際上,鋼圈承受不了如此大的收縮應力,假如收縮應力對稱均勻,會直徑縮小2米,周長縮短6.28米,最後貼在地面上,保持靜止。鋼圈口徑變粗的量可以忽略。因為收縮應力太大,此過程的時間只略微大於從1米高度處自由落體的時間,即0.45秒。

911事件中的世貿大廈鋼材在高溫下,承受不了壓縮應力最終塌縮是一樣的道理。


魯建全


不考慮地球是球體,鋼圈是圓形,該命題等價於4萬公里長的一個鐵棍,離地一米高,兩段有支撐,有重力的情況下會怎樣。會落地是不是?難道會浮在空中?

我們再來做個思想實驗。圍繞赤道有一個4萬公里長的鐵棒,避免槓精,我們假設沒有山沒有海,是個純園圓,每隔一米一個柱子用來支撐。我們先撤掉一部分柱子,柱子間隔10米,如果鋼圈夠堅硬,那麼下沉幅度不會很大,我們再撤掉一部分柱子,柱子間隔100米,我們發現,即便鋼圈很粗很堅硬也會下沉,甚至接觸地面。我們再撤掉一部分柱子,柱子間隔1000米,我們發現即便鋼圈再粗再堅硬也會貼著地面了。我們繼續撤掉柱子直到最後一根,這就是答案。


lgp3651


我來提供一個可靠答案,會懸浮。我能用實物證明。

先把問題變一下,因為是立體世界,假設懸浮在地球上的不是一個鐵圈,而是一個空心圓球吧。

那麼我們不需要去製造這個圓球,而是我們地球本身就擁有這樣一個懸浮圓球,我們腳下踩得就是。

我們先回到地球是空心還是實心的問題。

地球,在太陽系中受到太陽的引力和公轉旋轉的離心率,處於一個各方引力平衡的失重狀態。

地球表面的物體受到整個地球引力的合力,合力的方向指向地球的核心,這個很容易理解。

那麼地球中心的物體,受到什麼力?

主流科學說,來自整個地球各個方向的巨大壓力。

我們就要問了,哪來的壓力?什麼是壓力?一個湯圓,放在掌心,握拳擠壓它這是壓力。沒有手擠壓地球,地球只有自身物質間的萬有引力。

用初中物理就能畫出地球上物質受到的引力方向和大小,從地表到地心,受到的引力合力大小是一個曲線變化的。

我們跳過這一段,直接說地球中心。地球中心的物質根本沒有受到任何壓力,相反是來自整個地球四面八方向外的引力,引力互相抵消,最終合力為零。地球中心的物質是處於懸浮。

懸浮有兩種可能,第一,出現一團圓形物體,與其他物體分離,懸浮於最中心,應該是旋轉運動的。他受到的引力平衡無法墜落於任何一個地方。第二,最中心空無,應該是氣體匯聚,稍重一點的物體會因為地球自轉的離心力甩出。

也就是說,不論地球中心怎麼懸浮,地球都應該是一個空心球。

接下來我們就回到這個題目,套在地球上的球殼會怎麼樣。

我們都知道一個現實地球下面有火山熔漿。這是液體物質,這個熔漿處於什麼位置?答案是處於球殼與下一層球表之間。用籃球來理解一下就是處於籃球外殼和內膽之間。

熔漿在內膽和外殼運動不平衡,流動不及時時,受到的壓力會造成一邊火山噴發,缺少熔漿的另一邊地陷。外殼擠壓的震動就是地震。

也就是說如果在地球外表之外再造一層鐵殼,只要密封得當,大氣層起到熔漿的作用,這個鐵球殼就穩定懸浮了。關於這個人造球殼受力不穩定,破裂的情況,我們就跳過不提。

…………

關於地球中心說有很多不同的觀點。比如三體作品的大劉,有一部科幻,講了一個地心文明,穿出地心,奔向宇宙的故事。但是大劉在地球球心結構上的論述是粗糙的。那個地心文明直到穿出地表,才接觸到海水液體。他就跳過了熔漿這一段。

為什麼球膽和球殼之間會出現熔漿呢?

答案是引力。

地表物質下沉類似於壓力。而地心物質的引力方向是指向地表。用物理引力知識可以簡單算出一個解,地球的地殼很薄,內膽很厚。所以熔漿一般是噴出地表,而不是噴向地心。

熔漿層的受力不是引力合力為零,而是真實腹背受敵的雙重擠壓力。

壓力增加,密度增加,溫度升高。

地球總質量大於一定程度的時候,引力帶來的溫度升高,達到岩石融化的溫度就會出現熔漿。

如果另外一個星球,總質量不如地球,在岩漿層位置的溫度雖然也高,但是不能成為液體。

大劉說的地心文明如果存在,他們所處的地球一定比我們的地球大,否則沒有足夠大的球心空間供他們文明生存。一旦擁有這麼大的質量就必然會有熔漿層液態區域。

這就解釋了當前主流科學。涉及的幾個重要問題。

第一地球磁場。

第二地震預測。

第三行星探測。

地球的磁場來源於地殼和內膽之間的相對轉動速度不均衡。外殼和內膽是相對轉動的,而不是相對靜止。熔漿是潤滑劑。這就是說質量小的星球沒有熔漿層就不會有整體磁場。這也能夠解釋為什麼地球在地質層上,能夠檢測到地球磁極變化。

我們現在的地震預測算法,是建立在地球是實心球的基礎上。所以我們的測算結果錯的離譜,對地球的波測數據總是與理論數據相差極大。

行星探測是指當前官方科學,所說某某行星內部有地下液態水。行星的內部熱量是怎麼來的?球表溫度是太陽光照。內部熱量是行星自身引力帶來的密度增加溫度升高。因為引力是持續的,所以這個熱量升高是持續的,除非行星的物體質量少於一定值。至於引力帶來的溫度是否能夠保留液態水,主要是看行星的保溫效果。如果行星的引力不斷地產生熱量,熱量快速的輻射進入太空,那麼這個行星就是寒冷的,不會有地下液態水。判斷一個行星是否有地下液態水的標準不是看行星離恆星的距離,而是看這個行星的質量大小。當行星像地球這樣大的程度。他不光能產生內熱,還能融化岩石產生熔漿,內外旋轉產生磁場,能抵抗太陽風暴,保留一定的大氣層。

我以前玩貼吧的時候還對空心地球自轉軸帶來的問題也論述過,反正只要建立在地球空心的基礎上,很多結論都不難得出。

比如,地球質量臨界值多大才會出現熔漿?不同質量下,熔漿層在地表到地心半徑的什麼比例位置?地心空間佔地球體積的大小比例與地球質量密度的關係?地心文明站在內膽上的重力有多大等等。

如果把這個問題進一步往外推,就是宇宙模型,我們所處的這整個宇宙如果是一片無垠“大地”中的一個氣泡,這個氣泡像地球球心一樣處於引力平衡的懸浮狀態,這個氣泡收縮膨脹,這樣就能夠解釋很多宇宙的問題。但是,再往下說就是屬於玄幻內容。不說了沒意思。

捎帶提一下古人的智慧,還記得盤古開天地嗎?盤古開天地描述的不是一個地表空間,而是一個混沌的地心空間。眼睛做太陽,月亮,撐天的柱子,描述的都是地心世界,只有地心世界才需要這樣做。

這些神話傳說的出現,是建立在古人哲學思考基礎上的。這些思考的結果和方向有對有錯。但是,對此地球這些文明神話的思考邏輯,我們自豪的發現,中國古人的思考是最成功的。上帝創世的神話邏輯,對此下來就是小白文的水平。

中國古代有玉佩,其中有一種內空的雙環形玉佩造型,我猜測可能是空心地球的模型,更可能只是為了好看,沒有任何文字記載,能夠說明那是古人的地球模型設計。但是如果有古人真這麼執著的想過,是會通過生物遺傳,把他的想法遺傳給後代,後人心血來潮就做出這種玉佩設計的。這一點我在悟空問答的另一個回答中有過論述。


nqeebxyooj


這個問題還真有趣,因為它讓我想到了一些從來沒有想過的問題,比如我從來沒有想過我受到地球的引力到底是來自哪裡(或者是地球哪個部位),如果我鑽進了地球很深的地方(當然是假設)引力會怎麼變化,在地心又是什麼情況?當年看電影《海底兩萬裡》就隱隱感覺什麼不對但卻沒去細想~

好了,言歸正傳,回答題主的問題。假設理想狀態,地球是個完美的表面平滑的球形,那如果有一圈鋼圈離地一米焊接,焊完後會落地,這個結論可證明的。

首先我們不可能懸空焊,這個就不用多說了。應該是要有一個一米高的架子擺好,然後焊完之後把架子拆掉。假設有足夠多的人,在一瞬間拆掉了所有架子,這個鋼圈瞬間懸空了,接下來會發生什麼?

用反證法,假設鋼圈是可以保持懸空狀態的,那我們選取其中一小段來做力的分析。比如說1公里(整個鋼圈的4萬分之一),在這個長度上如果能保持懸空應該是看不出地球弧度的可以看作是平直的,但是這時候我們會發現,鋼圈又不可能保持平直,因為它有重量,有了重量就不可避免地要變形向地面彎曲,學過高一物理力的分析的就可以知道,越接近直線,它的拉力就越大,具體大小應該是自身重量除以兩倍的與水平的夾角的正弦值。1公里如果想要拉得變形幅度小於1米,兩端的拉力就相當於各250倍重量,如果再長的話拉力也會隨之更大,很顯然那麼大的拉力即使鋼圈能承受,它也會在力的方向上被拉更長使得它終究會拖到地上。這也是所有的電纜都不可能完全拉直,一定要隔一段就需要一個電線杆的原因(索道也是同理)。所以之前的假設鋼圈可以保持懸空狀態是不成立的。



在回答了這個問題幾個小時之後,發現有很多評論,很多人說不應該分析那麼細,如果是假設了理想狀態,那這個鋼圈也應該是理想狀態,也就是說它是絕對剛體。好吧,如果這個鋼圈完全不會變形(無論是擠壓還是拉伸或者扭曲),本身的強度又是無窮大不會斷裂,同時我們還忽略空氣的影響,它會不會懸浮呢?

答案還是不會。之所以討論會不會懸浮,是因為它有重量,也就是地球的引力。既然有地球引力存在,那自然就不能忽略其他星球的引力——萬有引力。根據萬有引力定律,引力的大小和雙方的質量成正比,和距離的平方成反比。由此可見,距離的引響更大。首先是太陽的引力,太陽離得太遠,對地球上物體的引力只有地球引力的幾十億分之一,而且這個力已經作為所有物體隨著地球繞太陽公轉的向心力抵消了,可以忽略了。然後是其他行星和月球的引力,其他行星雖然都比月球大,但都太遠,所以相比之下真正不可忽略的只有月球。月球質量是地球八十一分之一,距離約38萬公里是地球半徑的六十倍,可以算出月球對地球上物體的引力相當於地球引力的百萬分之三,這是一個不可忽略的數字,這個百萬分之三地球重量的引力其實就是我們海水產生潮汐現象的原因,它會把未能固定的物體吸引向自己,比如海水,比如我們討論的這個鋼圈。這個鋼圈因為它各個方向受到的地球引力均勻相等,每一個方向的力都被它對面180度的力抵消了,所以它和地球之間引力的合力達到平衡,這時候月球的百萬分之三的引力會打破這個平衡,使得鋼圈往月球方向移動,遠離月球的那一邊會著地,靠近月球的那一邊會離地2米。月球是圍繞著地球轉的,大約29天半轉一圈,所以這個著地點也是在變化的(就像是在轉呼啦圈),它移動的速度是約15.7米每秒,比人跑得快。最後說一個事,鋼圈半徑比地球大1米,周長只比地球周長大約6.28米,和總長約4萬公里相比,只有千萬分之一多點,幾乎沒什麼區別。

問題回答到這種程度,如果再有槓精說,月球的引力也不應該考慮等等,我就只好認栽了。


笑看風雲淡悠然天地間


是這樣的,在理想狀態下不落地的話,均質鋼圈其自重延軸向傳遞,鋼圈閉合其軸向力作用力和反作用力相同最終抵消沒有外力形成,自重轉化為內應力。這個內應力就是這個鋼圈的地球引力——自重。如果這個鋼圈是10毫米的鋼筋就應該是40000000m×0.617=24680噸。而分散在無數個(分母無窮大)截面上又幾乎是“0”。在沒有外力作用下,圓環單承受本身的自重就只有軸向力。但是有一個問題,那就是地球的直徑太大了,它的弧度幾乎是“0”。自重幾乎還是與軸向垂直的,也就是說,相對於鋼圈內分成一定長度的線段幾乎是直線。當這個線段自重大於這段鋼圈剛度變形要求時這段鋼圈發生變形破壞,導致軸向力改變方向變成另一段鋼圈的外力。也就是軸向力平衡體系被破壞。結論就是,這個鋼圈無法憑自身剛度實現軸向傳遞自身重量,依然是簡支梁結構,而且是相當於沒有支座的簡支梁。最後結果就是一根麵條彎七咧八的落在地上。


頑石補天


我給喜馬拉雅山珠穆朗瑪峰修一個高速電梯,從地面海拔1米到山頂只用1分鐘,你坐進去,一分鐘後在山頂打開電梯,你死沒死?



老鐵扎心啊410


如果這個圈受力平衡,是可以浮在空中的。要滿足兩個理想狀態:第一,地球形狀必須是絕對完美的球體,且地球的質量是均勻分佈的;第二,要忽略其他天體的引力,特別是離地球最近的月亮的引力。

首先說說第一條,顯然地球本身不是“完美球體”,而且地球表面有山川河流,如果做一個圈“每個點離地面都是一米”,那這個圈肯定不是圓的,而地球對這個圈的引力大小是與重心距離有關,離地球重心近的點受到的地球引力就大一點。按照你的條“每個點離地面都是一米”,那麼每個點離地心的距離就會不同,受到引力就不同,無法實現浮在空中。

再說第二條,即使把上一條的條件“每個點離地面都是一米”改成“每個點離地球重心距離相等”,使得每個點受到地球引力相等,但是這個圈不只是會受到地球的引力,也會受到其他天體的引力,遠的天體引力或許可以忽略,但是月球的引力是不能忽略的,而且天體之間相互運動也會隨時改變引力方向,使得這個“圈”無法保持平衡。


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