里约奥运会闭幕了,按照惯例,下一届奥运会的主办方东京在闭幕式上准备了8分钟宣传短片和演出。短片的一大亮点,就是赶不上闭幕式的安倍首相在哆啦A梦和超级马里奥的帮助下跳进了东京的一个管道,从地球对面的里约钻了出来。
所以……我们当然要算一下这是否可能了。
东京真的在里约对面吗?其实只是差不多在,二者相差12个纬度2个经度。
理想地球下,真的能从东京跳进去就从另一面出来吗?
本来这部分的小标题想写“真空中的球形地球”的,但是转念一想,地球本来就是真空中的球形地球啊……
总之,一个理想化的地球是没有自转的均匀完美球体,如果在它上面打一个贯穿地心的真空直洞,连接两个相对的对跖点,那么人在里面坠落就只受重力。这样的情况下,不但能,而且非常之快——远远胜过最快的飞机。
那么,以下我们将证明,只靠重力穿过地球的单程旅行需要42分钟。懒得动脑的话可以跳过不看,但这个证明真的不难,而且相当漂亮:当人站在地球表面的时候,人受到整个地球的吸引。这些引力虽然都是往“下”的,但指向各不相同的斜下方,比如你在上海的时候北京和广州对你的引力方向就大不一样——然而,因为数学是美妙的,所以我们能证明:这些引力合起来的效果,和把整个地球所有质量集中在地心一点的效果,正好一样。
而当人掉进地球内部的时候,受到的引力就真的是指向四面八方了。幸运的是,还是因为数学的美妙,我们能证明:假如你和地心的距离是d,那么这些引力合起来的效果,和一个半径是d的小地球的效果,正好一样。而从这个距离到地球表面这一段的球壳,正好自己和自己抵消了。
根据引力加速度公式, a = G · M · d^-2;
其中G是不变的常数,M是“小地球”的质量,M = · V = · 4/3 ·π· d^3;
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