北極點往下挖一口井,貫通地球,後往井裡開一槍,子彈能橫穿地球從南極點飛向太空嗎?

貓先生內涵科普


我的觀點是並不能。

悟空你又調皮了!你已經提出過很多這樣的問題了。大家總是和當年的蘇聯人一樣想把地球挖穿,不是扔下一塊石頭,就是朝裡面開一槍,或者乾脆人跳下去,看看到底會發生什麼?

圖示:科拉超深鑽孔,測試這個問題的好地方

不管是石頭,是人還是子彈,這都是一次神奇的旅行。我們只考慮完美的情況下會發生什麼吧?不然的話,子彈是無法完成這次穿越地球的旅行的。實際的情況是怎樣的?假設有這麼一口井直很深很深,子彈在下落的過程中經會受到地球自轉的影響,前進的路線會發生偏移,最終撞到了井壁上提前結束了這次旅行;或者子彈進入到了熾熱的地幔層倍高溫融化掉了。

圖示:地球內部構造

因此我們要子彈圓滿完成這次旅行,就要讓這條管道非常的完美的貫通地球,不會發生任何上面提到的情況,這些在假設中都能實現。開始在北極點朝著這口井開一槍吧!不管子彈的飛出槍膛時的速度如何,子彈會在地球重力的作用下一路向下狂飛,速度會不斷的增加。一直到飛到地心的時候,子彈的旅程完成了一半,飛行了6371公里(地球的半徑),速度也會達到了每秒鐘11.2公里,時速40320公里。子彈到達地心是用時42分鐘。

圖示:穿越地心

有趣的是,子彈在到達地心點之前是一直在下落的,子彈的重力勢能轉化為動能。當子彈在經過地心點之後,子彈由下落變成上升了,動能又逐漸轉化為勢能,速度開始變慢。同樣是42分鐘之後,子彈以射入井口時的速度飛出了井口。這顆子彈用時84分鐘,完成了穿越地球之旅。

奇妙的是,子彈並沒有從南極點飛到太空中。因為從南極點飛出的時候和它在北極點飛出槍膛時的速度相同。這樣的速度就好比直接朝天開了一槍效果一樣,沒多久它就會被地球引力拽了回來。

如果子彈又落回到井中的話,它又會開始上面描述的過程,從北極點飛出來。這個過程就像鐘擺一樣反反覆覆,並不能讓子彈加速飛出地球進入到太空中。

友情提示:千萬不要瞧井口,不然被井裡飛出的石頭或者子彈打到就不好了。

這就是我對這個問題的一些看法,大家有什麼不同的觀點,歡迎點評!


我就是兔斯基


不能!

因為這口井(隧道)裡面顯然有空氣,存在子彈與空氣之間的摩擦阻力損失。

對於同一顆子彈而言,空氣阻力的大小主要取決於子彈與空氣之間的相對速度,和空氣的稠密程度。顯然,越靠近地心,空氣會越稠密。另外,子彈朝靠近地心的方向運行的時候,最初階段的速度也會不斷增加,因此在這個階段的空氣阻力將持續加大(直到空氣阻力加大並反超引力為止)。

由於引力的作用,子彈在飛行的初期會不斷加速。但隨著速度的提高,空氣阻力也會越來越大,直到最終超過引力。由於在靠近地心的過程中,引力本身一直是在不斷減小(到達地心時引力為零),因此在遠未到達地心之前,子彈就會達到受力平衡,停止加速,開始減速運行(原因主要是引力仍然會繼續減小)。

越過地心之後,引力開始反向剎車,按照機械能守恆的原理,收回前一階段引力所賦予子彈的動能增加量(當初讓子彈增加了多少動能,現在就要收回來多少)。而空氣阻力卻仍然保持為阻力(不會變成空氣動力)。所以越過地心以後,子彈速度將會快速降低,在遠未到達地球的另一面之前,就會減速為零。

綜上所述,考慮到井的長度等於地球直徑,子彈的岀膛動能顯然不足以支撐它飛行那麼遠的距離。

子彈應該會先以相當低的速度,穿過地球的中心飛向南極點,然後在離南極點很遠的地方就會耗盡它的所有動能,然後掉頭折返,……如此往復幾趟以後,最終靜止在地球的中心。子彈的初始動能和引力勢能,最後完全被空氣阻力消耗掉,轉化為熱量損失掉。

從始至終,這顆子彈都不會過於靠近(更別說到達或者穿越)地面上的南極點。

PS:如果子彈的初速度足夠高的話,有可能在最初階段的空氣阻力就已經超過了它所受到的地球引力——鑑於子彈的岀膛速度一般都會超過音速,後面這種可能或許更接近於真實情況。這樣的話,子彈從始至終都不會得到加速,只是在減速到很低的速度的時候,有可能會達到空氣阻力與地球引力之間的短暫平衡,從而在某個瞬間維持勻速。過了這個點以後,由於引力在靠近地心過程中會持續減小,子彈仍然會繼續減速……。以後發生的事情,就跟前面的分析沒有區別了。


如風擺柳


看看劉慈欣的小說《地球大炮》你就知道答案了。


奇彥火月燃情


同樣的速度飛出來,這叫機械能守恆。


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