抱歉,地球大炮不靠譜
洞穴視角:這位大膽的仁兄祝你好運!
掉進一個貫穿地心的大洞可沒那麼簡單——尤其是考慮到摩擦力的情況。最新研究揭示了,如果一個膽大的旅行者跳入一個假想的穿過地球的隧道,在重力、空氣阻力和摩擦力的聯合作用下會發生什麼。
物理學家做了估算,如果你跳進隧道里又不受阻力,你可以在一小時內到達地球另一面。但根據6月3日預印本網站arXiv.org在線出版的一篇論文,如果考慮阻力的話你將花上超過一年時間才能抵達地心——並且你死也到不了地球另一面。
「要求解這個問題必須做很多假設。」MIT物理學家Alex Klotz說道,他本人並未參與該研究。為了簡化計算,科學家曾經做過一些不符合真實的假設,包括:地球是均質圓球且不自轉,隧道里沒有摩擦和空氣阻力。Klotz表示,考慮阻力是「前進了一步」。
如果你跳進這樣的一個大洞——或者說,搭乘了這樣一個未來主義的地下運輸系統——重力會讓你急劇加速下落。經過地心後,你會朝向上方繼續前進。指向地球內部的重力會逐漸減慢你升向地球另一面的速度。假如忽略空氣阻力和摩擦,你的動量將使你抵達另一面並可以從洞里爬出來。加入阻力使問題變複雜了,但迄今為止這些細節還未被仔細分析過。
思考這一難題十分有趣,該研究的作者,賓夕法尼亞威爾克斯巴里國王學院的Thomas Concannon和Gerardo Giordano說道。不過,Giordano表示:「我們都不認為這項技術能很快實現。」建造這樣一個隧道將面臨無法逾越的挑戰。這個問題只能作為一個思想實驗和用於物理教學的工具、
為了計算空氣造成的阻力,研究人員假設你搭乘一架外形類似大型飛機的交通工具。科學家們計算出在這樣的條件下你需要花上足足1.8年才能到地心。但你也可能甚至都到不了那兒,因為深處的空氣處於極度高壓下,更接近於固體而不是氣體。科學家們得出結論,如果要讓隧道按預想的那樣工作,必須抽光裡面的空氣。
就算是在真空的隧道里,你也會與牆壁或引導地下穿梭機的軌道接觸從而受到阻力。在這樣的情況下,科學家們算出你需要花大概19分鐘到達地心。不過,因為摩擦消耗了能量,你將無法戰勝重力的拖曳到達另一面。相反,在到達地面之前你就會重新下落。這個過程將一直重複,導致你在地核附近來回振動,速度減慢直到最後停在地心。
這一新結果可能更能讓熱心的物理愛好者滿意一些。在2015年美國物理學雜誌AJP上發表的一篇論文中,Klotz首次求解了一個採用地球真實密度模型的問題,但沒有考慮阻力。Klotz說,當那個結果發表於在線新聞媒體時,有人吐槽「這個白痴居然不考慮阻力,簡直辣雞!」(#相關蛋文:腦洞開:穿越地心到地球對面要多久)
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