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假设

 思绪未果 2017-12-25

对这个跳下去的人作一个受力分析。

刚跳入洞口的时候,这个人肯定是以重力加速度向下坠落,速度越来越快。但是随着人在洞中越坠越深,它受到的地球的引力是越来越小的。因为在地球表面的时候,地球在人的脚下,受到的地球引力的合力是竖直向下指向地心的。但是在地球内部,这个问题就变得复杂起来了,因为人的上下左右都是地球的质量,那此时人受到的地球重力是怎样的?

假设此时人掉落的深度是H,地球半径是R,其实利用积分可以得出一个结论,此时人受到的地球重力,就相当于人站在一个半径为(R-H)且平均密度和地球相当的一个星球上所受到的重力,就是上图中红色圆圈所示。也就是说人的重力正在逐步变小,因为人上方的地球质量对人的万有引力抵消了一部分人下方地球质量的万有引力。

所以在到达地心之前,人是在做加速度逐渐减小的加速直线运动的。

当到达地心,人受到的地球引力来自于四面八方,而且每个方向的引力相同,因此引力相互抵消,所以此时人受到的地球引力为0,这时人的运动速度达到最大。再往下掉,头顶上方的地球质量越来越多,于是重力开始变为向上,而且越来越大,和人的运动方向相反,这样人就开始做加速度逐渐增大的减速运动。直到运动到另一个出口时,速度正好为0。接下就开始向上坠落,这样周而复始,人就在洞中一直来回,像弹簧振子一样来回震动。

上面的这个分析是不考虑空气阻力的情形,如果考虑空气阻力的话,就会有能量损耗,所以人在第一次跳入洞口后,是不能达到另一个出口的,在另一个出口之前就开始向上运动了,而且每一次往复振动离地心越来越近,经过很长的一段时间后,永久的停留在地心。

当然,地球内部温度高达上千摄氏度,地心温度更是达到了5000多摄氏度,如果真有这样一个洞的话,人跳下去还没到地心了就化成灰烬了。

创建于2017.12.24

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