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将地球打穿跳进去，既不会穿过地球，也不会停在地心
来源：互联网
2024-11-14 08:53:15 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
地球是一个近似于球形的天体，我们之所以能够在这个大球上如履平地，完全是因为地球的引力作用。
宇宙中的天体是没有上下之分的，无论我们身处地球上的任意位置，地心的方向就是下，而宇宙的方向就是上，所以位于地球两个相对点上的人，虽然互为倒影，但每个人的感觉并无不同。既然地心的方向就代表了下，那么如果我们把地球打穿一个洞，然后再跳进这个洞里，会发生什么呢？
如果是一个普通的洞，跳进去必然会从洞的另一个出口跌落，但地球不同，地球的引力方向是指向地心的，所以跳进去的人显然不可能穿越到地球的另一端。那么是否会因为地心的引力作用而停留在地心呢？同样也不会。要寻找这个脑洞问题的正确答案，我们还要从简谐运动说起。
简谐运动这个名词，很多人可能并不熟悉，但是我们应该记住，简谐运动是最基础的运动，任何周期性运动最终都可以分解为多个简谐运动。
那么到底什么是简谐运动呢？弹簧运动是简谐运动最好的代表，当一根弹簧放置在一个地方的时候，它是处于一种平衡位置之上，也就是说静置的弹簧的长度就是弹簧的平衡长度。当我们去拉伸一根弹簧的时候，弹簧的弹力会将弹簧向回拉，我们一放手，弹簧就在弹力的作用下开始做收缩运动，但是弹簧并不会收缩到平衡长度就停止，由于弹簧本身的回缩是加速运动，所以回缩的幅度会超过平衡长度，弹簧被压缩了，弹簧被压缩后，速度逐渐下降，直至停止，然后又会在弹力的作用下回弹，回弹又再次超过平衡长度，就这样，弹簧围绕平衡点来回压缩拉伸，呈现周期性运动。
弹簧围绕平衡点来回压缩拉伸，但最终会停下来，这是因为阻力的作用所致，如果在没有阻力的理想状态下，那么弹簧的周期性运动将会永不停歇，这就是简谐运动。
为什么说简谐运动是最基础的运动呢？因为所有周期性运动其实都是由简谐运动组合而成的，一个典型且便于理解的例子就是圆周运动。假设有一个物体围绕圆心做顺时针圆周运动，它从九点钟位置开始，运动到三点钟位置，再运动回九点钟位置，这就是一个横向的简谐运动，平衡点就是圆心。同时，当这个物体从12点钟位置运动到六点钟位置，再从六点钟位置运动回12点钟位置，这就完成了一个纵向的简谐运动，平衡点同样是圆心，所以圆周运动就可以拆解为两个相互垂直的简谐运动，不仅圆周运动，任何呈现周期性的运动都可以以不同的方式拆解为数量不等的简谐运动。
理解了简谐运动，我们就可以回过头来思考那个穿过地球的脑洞问题了。
地球内部结构是相对复杂的，在现实之中，人若想穿越地球，肯定会被地心的熔岩物质烧成灰烬，然而既然是一个脑洞问题，就让我们把这一切都忽略掉，我们就假设地球是一个内外密度相等的球体，内部也没有什么熔岩，穿越地球的过程也不受其它阻力的影响。
当我们将这样一个理想的地球打穿，人跳进去之后，会受到一个来自地球的引力，在地心引力的作用下，人会加速下坠，当人到达地球中心时，虽然来自地心的引力作用已经消失，但由于人是一直处于加速运动之中的，所以并不会在地心停留下来，他会穿过地心，转而进行减速运动，随着人不断向地球的另一端移动，速度也越来越慢，在到达地球另一端时，速度会变为零。
当人到达地球另一端后，由于速度为零，并且受到了相反方向地心引力的作用，所以人会开始向反方向运动，再次经过地心，回来最初的那一端，然后会不断重复这一过程。
很显然这个穿越地球的脑洞问题就是一个简谐运动。所以我们可以得出结论，如果打穿地球跳进去，人既不会穿过地球，也不会停在地心，他会以地心为平衡点，做周期性的简谐运动，在不考虑其它阻力的情况下，此运动永不停歇。有趣的是，简谐运动作为最基础的运动，其周期是可以计算出来的。在穿越地球的这个脑洞问题之中，周期与人的质量是没有关系的，只和地球密度以及万有引力常数有关，所以任何人，或者说任何质量的物体穿越地球所需要的时间都是相同的，而通过计算得出，以地心为平衡点的简写运动周期约为84分钟，而从地球一端运动到另一端是半个周期，也就是42分钟，也就是说人或物体借助于自然的引力作用只需要42分钟就可以到达地球的另一端。
以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！
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