Задача по механике №164

Определите время полёта камня от одного полюса Земли до другого по прямому тоннелю, прорытому через центр. Плотность Земли считать постоянной. Радиус Земли принять равным R = 6400  км.

PIC

Камень, или иной, обладающий массой предмет, опущенный в такую шахту, будет совершать колебательное движение, потому что на поверхности планеты сила тяжести будет максимальной, а в центре Земли – сведётся к минимуму. По мере опускания камня в тоннеле будет уменьшаться масса участвующая в гравитационном взаимодействию. Камень в шахте испытывает притяжение только тех слоёв планеты, которые располагаются ниже его положения. Масса шара

    4   3 M = 3πR  ρ.

Пропорциональна R3  , поэтому:

       3 Mr-= -x3. MR   R

Из закона гравитации для силы, действующей со стороны нижних слоёв Земли (x< R  ), следует:

Fгр = G Mrm-= GMRm--x; G MR-= gR;⇒ Fгр = m ⃗gx         x2      R3      R2                R

По второму закону Ньютона

m⃗a = ⃗F

Тогда в проекции на ось x

        mg max = − R-x

Воспользуемся уравнением гармонических колебаний

ax +ω2x = 0⇔ ax + gx =0                   R

Тогда период колебаний

          ∘ -- T = 2π =2π  R-≈ 84 мин     ω        g

Время полёта камня от полюса до полюса:

t= T-= 42 мин    2
Оцените статью
Я решу все!