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石块能穿过地球吗?

  • 日期:2009-08-12 08:55
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树上的果子熟了就会掉到地面上,高空中的石块也要下落,而且下落的速度越来越快,这些都是由于存在地球引力的缘故,不竟有人要问,如果在地球上沿地球的直径打一个很深的洞,从地球的这一面一直穿过地球到地球的另一面,当一块石块从洞口掉下去时,石块会做怎样的运动呢?它会不会以很大的速度从洞的另一端(洞底)飞出去呢?表面看来,石块掉进洞时会越来越快,最后要以很快的速度飞出去,假如不考虑地洞阻力则石块飞离洞底的速度为
我们再仔细分析一下,就会发现,实际上不是这么回事,虽然石块不受到空气阻力作用,但随着石块在洞中运动,重力加速度会发生变化。以地心为分界点,石块从洞口掉下来,重力加速度向下指向地心,其数值越来越小,而当石块越过地心后,重力加速仍指向地心,即重力加速应由下向上,石块做减速运动,运动到洞底时石的速度正好与石块在洞口的速度一样。
     假若石块以初速度为零从洞口落下,则石块运动到洞底时速度也刚好为零,石块又会在重力作用下向上加速运动,运动到洞口时速度又为零。如此反复,形成一个简谐振荡。现在我们来计算一下石块的振荡周期及石运动到地心时的最大速度。我们假设重力加速度随石块与地心的距离X呈线性变化,即石块在距离地心X处重力加速度为
 
 即小球在地心的最大速度为每小时3万六千公里,比超音速飞机还快得多。

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