小朋友明明做了一个梦,梦见孙悟空在地球上戳了一个洞,直通地球的另一方的美国.他想到苹果熟了会从树上掉下来,他就把一个大苹

问题描述:

小朋友明明做了一个梦,梦见孙悟空在地球上戳了一个洞,直通地球的另一方的美国.他想到苹果熟了会从树上掉下来,他就把一个大苹果放入洞中,苹果在洞里飞快的下落,不一会儿美国小朋友在洞的那一头拿到了明明送给他们的大苹果.如果真有这样的地下隧道,明明的梦想能否成真?[答案是能,且周期是T=2π√(R/g),且要用圆锥切面.为什么?]
1个回答 分类:物理 2014-10-07

问题解答:

我来补答
首先作为做竞赛题的人,应该有简谐运动的基本知识
第二,球壳内部,任意一点所受万有引力为零(应该会证明吧,微元法~)
好,现在当小球在地球内部任意一点时,以苹果到地心距离为半径r画球,这个小球外部的地球部分,对内部的苹果万有引力为零
然后,苹果所受力,在垂直于洞的方向上合力为零(由于对称),方向指向地心,大小为(Gm/r2)*[(r3/R3)*M]=(GMm/R3)*r,是一个线性力,做简谐运动,周期带入周期公式即可
有问题再问吧~
再问: 如何证明“这个小球外部的地球部分,对内部的苹果万有引力为零”呢?
再答: 基本思想是微元法 首先对球壳而言,在球壳内部取任意一点o,质量为m,球壳质量的面密度问p,对这个点取一对球壳上的微元a和b,面积分别为s1和s2,如图所示 微元a对o的万有引力为:Gm*(p*s1)/(r1*r1), 微元b对o的万有引力为:Gm*(p*s2)/(r2*r2), 我们是取的微元,所以从这个横切面来看,这两个三角形是等腰的三角形,而且相似,弧a的长度:弧b的长度=r1:r2;同样,面积微元a的面积:面积微元b的面积=弧a的平方:弧b的平方 带入万有引力公式,发现两个力大小相等,方向相反,合力为零 而整个球壳有无数对这样的微元组成,所以整个球壳对内部任意一点引力为零 而小球外部的地球可以看作无数个球壳组成,所以引力为零 不知道是否清楚(叙述上可能比较啰嗦,将就看吧~)
 
 
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