美国发到地心了吗?

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从地心说起,其实是一个经典的物理问题—— 地球是一个密度分布不均匀的球体。 对这个“不均”进行数学描述的话,可以用一个函数 f(r)=\frac{GM}{rc^{2}} (其中 r 是到地心的距离; G 为万有引力常数; M 为地球质量; c 有两个含义:其一是光速,其二是圆周率的固定值 \pi )来表示。 这个函数在 r=0 的值为正,代表着地球表面的重力加速度; 在 r=r_{e} 处(地心距)的值为零,代表了重力加速度在此处消失,即不存在对地球表面的吸引力; 在 r>r_{e} 处的值为负,代表了此处存在着被拉向地心的吸引力。 可以证明,当物体处在重力平衡状态时(例如静止或做自由落体运动),其具有的速度大小 v 满足的关系式为 v=\sqrt{\frac{GM}{r}} 。

当把地下的某点 A 和地表的某点 B 相连,构成一条直线,如果将这条直线垂直于地面剪开,就形成了一个直角三角形。可以根据勾股定理计算出这个直角三角形的另一个顶点的位置。若将这个顶点的坐标加到原起点 B 的坐标上就得到了一个新的坐标系的原点了。 这个新坐标系与原坐标系的关系可以用一个矩阵表示出来 \begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmat64}\cos\theta+\sin\theta = r\cdot\frac{1}{\sqrt{f(r)} } 根据上面的关系可以知道,当 r → r_{e} 时, v\to0,\theta\to90° 而此时新坐标系的原点正在朝着地心缓缓移动。也就是说,把整个地球剪开再重新拼在一起,虽然每个碎片都在做圆周运动,但整体而言,它们组成的系统并没有失去惯性(参考系的选择的问题)。

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