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趣味物理题

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已知有个密度均匀且没有大气,没有自转的标准球形星球。星球有一个垂直穿过球心的隧道,现在有A,B两个外星人同时从隧道口出发到星球另一端,A从隧道口跳下做自由落体运动到星球的另外一端,B沿着星球表面做低轨道匀速圆周运动飞行到星球的另外一端,问:A,B谁先到达目的地。。。
注:A穿的宇航服,B开飞船,星球内部没有岩浆,没有自转,隧道笔直,星球表面平滑没有喜马拉雅山等(不要找茬)


IP属地:湖北1楼2022-08-15 11:54回复
    什么地球大炮?


    IP属地:四川来自iPhone客户端2楼2022-08-15 11:58
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      类似题目高考的时候做过,不记得题设一样不。高中时候答案是B先到(当然运动速度我记得是有个具体值的)
      A会在隧道里来回打转,没人帮忙根本出不来


      IP属地:贵州3楼2022-08-15 12:04
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        A刚到终点就会掉下去,这也算吗


        IP属地:广东4楼2022-08-15 12:07
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          地球大炮啊


          IP属地:江苏5楼2022-08-15 13:15
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            答案是同时到的(如果不考虑A刚到终点就返回不算到达的话),楼主可以自己算一下


            IP属地:浙江来自Android客户端6楼2022-08-15 13:40
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              我记得结论是同时,但是贴吧发过程比较麻烦(


              IP属地:北京来自Android客户端7楼2022-08-15 15:58
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                A到了球心就不动了


                IP属地:上海来自Android客户端9楼2022-08-16 10:09
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                  保守力做功了吗?


                  IP属地:广东来自Android客户端11楼2022-08-16 15:13
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                    我觉得能否用一个流体力学的办法来证明同时到达:



                    IP属地:广东来自Android客户端12楼2022-08-16 15:23
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                      理论上A先到。Ta=2根号下2R/根号下g,Tb=πr/根号下gr。明显Ta小于Tb。


                      IP属地:江苏来自Android客户端13楼2022-08-16 16:55
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                        自由落体的先到。Ta比Tb比值是2根号2/π,当然这是星球的第一宇宙速度远低于光速情况下。还有一种物理意义上的说法,自由落体运动的物体最大速度比第一宇宙物体更加接近光速,带来的尺缩效应或者时间膨胀效应更加严重。实际上自由落体的物体偷取了星球的部分质量来增加自己的能量。虽然最后还回去了,但是赢得了时间。第一宇宙速度的物体并没有偷取星球的质量。


                        IP属地:江苏来自Android客户端14楼2022-08-16 17:16
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                          A(穿越地心)比B(环绕地球)更快。
                          证明如下:
                          A在地表受到的加速度为g.随着不断接近地心,与运动方向相反位置的球体质量越多,此方向的引力增大;与运动方向相同位置的球体质量越小,此方向的引力减小.于是此过程中,合力指向地心,大小递减,到地心的瞬间合力为0.从地心飞出另一头地面的过程中,受力情况为进入地心时的镜像.总体过程,A受到的合力先减小到0,再重新增大到与初始等大反向,该力的减小与增大过程成镜像对称;加速度同理.
                          A在球体表面,初始重力势能为mgR,到达地心时重力势能全部转化为动能,速率达到最大值v,由mgR=½mv²,得v=√(2gR).
                          B绕球体表面做匀速圆周运动,根据向心力公式可得线速度大小v₁=√(gR).
                          同时可知B经过的路程s₁=πR,A经过的路程s₃=2R.
                          先假设A,B同时到达,用时为t.
                          为简化分析和计算,对速率同时约去√(gR),对路程同时约去πR,对时间同时约去t.(下文分析引用到的这些物理量全部采用约分后的值)
                          据以上分析,画出大致的v-t图.
                          其中,
                          l₁:B实际做匀速圆周运动
                          l₂:假如A做匀加速直线运动
                          l₃:A实际做变加速直线运动
                          l₁,l₂,l₃与横轴围成的图形面积s₁,s₂,s₃分别等于各自走过的路程.
                          从图形容易得到s₂=√2/2<s₃.
                          然而根据之前的分析应有s₃=2/π<s₂.
                          产生矛盾,故“A,B同时到达”假设不成立.
                          从图中分析可知,在假设同时到达的情况下,s₃比实际值s'₃大.即由l'₃与横轴围成的面积s'₃<s₃,故l'₃与横轴的右边交点要左移,即A比B更早到达.
                          欢迎纠错,但不接受任何关于否认现有数学、物理体系的言论.


                          IP属地:广东来自Android客户端15楼2022-08-16 17:47
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