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体重的轻重是否和高度有关?当你进入地下时,你的体重会改变吗?

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对于:“地球表面重力是否变化”的问题回应:你觉得站在珠峰的顶部重力会更小,是你用1/R^2公式作为理论依据。可在我看来只有在你离开地表后,方程才成立。我之所以这么说是因为如果你沉入地球,承受的重力会一直减少直到你到达了重力为零的地心。

并且,如果你增加整个地表的质量,随着它不断变大,即使你从中心进一步移动,重力也会增长。我假设你参考的是在理论上来说地表的重力处于最大值,在那种情况下,因为珠峰高于地表,引力会更少。我最终的问题是:在死亡之谷中的体重会比在海平面的体重轻吗(其他条件等同的条件下)?

站在地表上的重力取决于两件事,他们是:

你到地心的距离半径为R,M(R)的质量第二点实际上是非常固定的,在你所处的半径范围内,只有质量会影响到你所感受到的重量。可能这不是立即显而易见的,但是本科物理专业的学生经历过并验证了这条定律(至少是在一个球对称物体的条件下)

因此,如果你穿过地球到达地心,就在R=0处,不受质量约束,所以没有净重力。一旦你越过最高的山峰,地球的所有质量都在你的位置的内部,因此质量不再随半径而变化,1/R^2定律直接适用。在两个极值之内有一个附加额,随着你向地心进一步移动,重力下降至1/R^2 ,但是在R值之内的重量也会略微增加,所以重力的净变化会有些不同。

对于有着均匀密度的球体,质量随着半径R^3增加,所以你在球体中移动时,重力净变量和R成比例的增加。一旦你到了地表之外,重力会下降至1/R^2。

地球不是一个均匀的球体,它非常集中,因此,一旦你走出核心,质量会随着半径的变化远小于R^3 。与总质量相比,随着你在地表上的高度变化,质量数值变化是非常小的,所以1/R^2 法则是正确成立的——你说这是一种简化也是成立的。

为了算出在死亡之谷你的体重比海平面或是珠穆朗玛峰减轻多少,你需要了解到地球有多少质量被封闭在不同的半径内。我打赌区别是可以小到可以忽略不计的,在这种情况下你可以用1/R^2 法则,因此你在死亡之谷中的体重比在海平面重。如果质量变化很大,你需要将其考虑在内,因此如果你比死亡之谷深得多,那么你的体重将再次轻于在海平面的体重。

问题依据地心没有引力这一事实的讨论。我猜测,如果一个人钻了一个可以完全穿过地球的洞并吸走了所有空气,那么另一个人就可以跳进洞里出现在地球另一边。这当然不会产生任何摩擦,另一方面,如果存在摩擦,从空气或从隧道两侧的产生的摩擦,那你最终会像蹦极一样了。

我很好奇,如果你想算出当你穿过地心时的速度是多少,这次旅行会有多久(再次假设没有摩擦力)。

这真的是一个有趣的问题,这也是我还是一个本科生时参加物理竞赛的问题!为了方便计算,我们假设地球是规则的球体(但这不是现实)。如果挖了一个穿过地球的洞并跳了进去,你实际上会来回摆动,就像一个钟摆一样!(这当然是假设没有摩擦力或者阻力)利用地球的质量模型,(即表示质量如何随深度变化的公式)你可以相当容易的计算出到达地心会用多长时间以及用多快的速度。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. curious

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