Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay
  Все выпуски  

Задачи по физике применительно к повседневной жизни. Время полета к центру Земли.


Здравствуйте, дорогие читатели!

Давайте представим гипотетическую ситуацию - сквозь Землю прорыт вакуумированный  тоннель. Сколько потребуется времени камню, брошенному без начальной скорости с уровня поверхности, чтобы долететь  до центра Земли?

Напомню, что при движении по тоннелю происходит уменьшение ускорения свободного падения и в центре оно рано нулю.

Запишем для камня второй закон Ньютона

 ma=-gamma m (4/3 pi r^3 ro)/r^2

где m - масса камня,  a - его ускорение,  gamma - гравитационная постоянная,  r - текущее расстояние между камнем и центром,  ro - плотность Земли (которую мы считаем постоянной), в скобках масса шара радиусом r, именно с этой массой взаимодействует камень, по теореме Гаусса взаимодействие  остальной массы компенсирует друг друга. Избавимся от лишнего путем сокращения, останется

a+gamma 4/3 pi r ro=0

Ускорение это вторая производная r по времени. То, что у нас получилось, есть уравнение колебаний, которое приведено к виду

a+omega^2 r=0

omega =2 pi/T

где T - период движения. Уравнение колебаний говорит нам о периодичности движения объекта, брошенного в туннель.

После некоторых преобразований  период можно записать так

T=2 pi sqrt(R/g)=80 минут

где R - радиус Земли,  g - ускорение свободного падения.  Так как нам надо время движения от поверхности до центра, нужна четверть периода. Искомое время около 20 минут.

Можно ли, используя  результат предыдущей задачи,  сказать период обращения спутника вокруг Земли на низкой орбите?  Или найти время движения по тоннелю, который не проходит через центр?

Всего хорошего.

Лидия


В избранное