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去北京,回来吃晚饭!

重力列车是罗伯特·胡克(因胡克定律而闻名)在17世纪向艾萨克·牛顿提出的一个假设。它由一个简单的想法组成,但在实践中很难实现。在地球表面的两点之间挖一条隧道。如果你能弄清楚如何消除摩擦和降低空气阻力,你现在就有了一个在相隔很远的点之间高效快速移动的机制。只需在隧道的一端扔点东西进去。重力最初会把它向下拉,穿过隧道,最终达到高速。一旦物体穿过隧道一半,重力就会让它慢下来,所以你可以很容易地在另一边找回物体。

虽然在工程上存在明显的不切实际,但令人惊讶的是,重力列车在不需要燃料的情况下,可以以如此快的速度将东西从一个地方运到另一个地方。假设我们想用这种重力列车从北京到巴黎。假设火车无摩擦无阻力,旅行需要多长时间直到最近的一分钟?

地球可以被建模为一个具有均匀密度和总质量的球体 6 × 1 0 24 公斤 6 \乘10^{24}~\mbox{kg} 和半径 6370 公里 6370 ~ \ mbox{公里} .从北京到巴黎在地球表面上最短的距离大约是 8200 公里 8200 ~ \ mbox{公里}

细节和假设:

  • 牛顿常数是 6.67 × 1 0 11 N m 2 / 公斤 2 6.67 \乘以10^{-11}~\mbox{N m}^2/\mbox{kg}^2
  • 地球的质量是 6 × 1 0 24 公斤 6 \乘10^{24}~\mbox{kg}
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