假設在地球赤道上方,做乙個各處都離地1 5公尺高的連續剛性金屬環,這個環會不會因為地心引力漂浮起來?

時間 2021-05-08 15:18:34

1樓:黎明灰

先說乙個比較理想的答案,理想狀態下它是會漂浮的。

但存在以下幾點影響

第1點,離地1.5公尺,鑑於赤道上有陸地,有小島,有海平面,有高山。所以這個環不是乙個圓形,而是乙個不規則的形狀。每個點受到的引力都不相同,所以他不可能漂浮。

第2點,這個環繞赤道一周,會非常的長。加上它是乙個剛性的環,前面說的是理想狀態下,現實當中它會折斷。

第3點,這個環離地只有1.5公尺,所以這個環呢,基本只會受到地球內部的作用力。這個力的話非常複雜,除了引力,空氣阻力,熱脹冷縮的應力。

還將有非常多的物理量附加在這個環上。所以可以斷定不可能出現穩定的懸浮。

2樓:駐村拆遷隊

不會,圓弧的曲率太小,擷取一部分受力分析,要平衡需要非常大的正應力和剪下力。工程之艱鉅,就像在中國和美國之間架設單孔高架橋。話說,這是誰腦洞大開提問的ruozhi題?

3樓:溼蔥

樓主不會是想搞orbital ring吧,因為1.5公尺能漂浮,那就可以搞成150km也能漂浮,這就是廉價發射系統了

不過我比較看好launch loop和skyhook

4樓:趙雪冰

這個設想很有意思,我不由地往現實方向去想象了一下:這樣的環能不能建造出來?

(跑題警告)以下為我的思想實驗:

先在乙個地球大圓上架起支架

支架上搭上橫樑

橫樑焊接起來

逐個撤掉支架

直到撤走所有支架

問題出現在4~5步,支架撤走過程中,跨度越來越長,彎曲越來越大,最終會塌下來。如果建造這樣的乙個環需要強度多大的材料呢?可惜我不會算,希望力學學的好的朋友能算一下。

根據我的直覺,應該相當於乙個跨度上萬km的橋梁。

5樓:GeekOn

更一下吧,雖然關注的人和閱讀量都不多,但這個問題的回答裡有不少誤導。

天文級的物體請勿簡單的按照地表小物體對待和分析。

視作整體不是不可以,但要分情況,懸浮的時候可以看作整體,但假設落地時分段的受力並不是簡單的地面物體受力,其「重心」已不在圓心。只有懸浮時重心在圓心。

引力的作用是相互的,即時地球對環的引力,同時也是環對地球的引力。

環會保持在地球過地心的切面,也不一定非是赤道(依然假設地球是個理想球體,即從地心出發,等距等密度的絕對球體,並不要求所有地方密度均勻)。

以下原回答

其實這個問題是不用算的。這個環可以在懸浮態取得平衡,但是這種平衡是容易被外力干擾的,也就是說它並不是非常穩定的,可自我回覆的平衡態。

因此題主的問題答案是,可以漂浮,但不穩定,可以橫向和縱向轉動。當然這一切的假設都是在地球首先是乙個理想球體,其外形內在都是理想化的球體。

為啥這麼說呢,其實很簡單的,他的平衡態來自於地球引力,如果我們把它剛好放置在他的懸浮平衡狀態下,各位應該很容易能夠理解,各處所有受力相同,他自然就是平衡的,畢竟他是個理想剛體,不會被自身重力所壓彎嘛。

那麼為什麼又說他這個平衡態容易被外力干擾,且不具備自我恢復的能力呢。因為一旦平衡態破壞,就意味著有一部分靠近了地球,而對面和它本來保持力平衡的一邊遠離了地球,引力的特點告訴我們,越靠近引力越大,越遠離引力越小,所以靠近的那部分落地力變大了(請允許我這樣命名,便於表述嘛),而遠離的部分落地力反而變小了,造成了更大的不平衡直到靠近的部分落地,由地面提供提供支撐力來重新達到另外一種平衡,而這種平衡由於支撐力的大小任意可變,所以才是相對最穩定的狀態。

這樣解釋是不是很容易理解呢?如果遇到物理題不開動腦筋思考,而是一味地使用物理公式,數學工具去計算,容易進入誤區哦。

6樓:徐譽洋

不可能。因為地球赤道不是標準園,也不是等厚地殼。地殼和地幔的密度相差量在地質體角度裡看(按照地球尺寸),差別是很大的,即便是個物理學概念的剛性環,也一定有一些地方引力更大一點,然後、就會「剛」的一聲落下來,引起全球赤道的顫動(因為環是剛性的嘛)。

只有在絕對的理想狀態下(有個環赤道的剛性環這個超科技超超高階外星文明的產物類似),有個絕對連分子級引力差都沒有的絕對均勻的地球赤道引力分布。再加上乙隻宇宙級的神手或者神機械,讓這個剛性環連乙個原子的誤差都沒有的等距赤道面,這個剛性環才能在赤道上飄著。那時候,全地球的人和動物,以及任何別的物質,都不能動,一動引力平衡就會被打破,然後「剛」的一聲,這個環又掉到赤道地上了,而那一邊就會翹起來3公尺高。

7樓:醉生萌死啦

在理想條件下,各種理想條件下,這個環是可以不用支撐自己保持離地的。原因很簡單,把這個環看為乙個整體,相對於地球,這個環所受合力為零。

理論上橫向縱向旋轉都ok,有空氣阻力也無所謂。但實際上地球也並非是個完美球體,各處引力略有不同。空氣流動也是不確定的,甚至你這個環導電的話,還要受到磁場的影響。

8樓:yang shen

不好意思,運算中有個符號弄錯了,結論出錯,已經更新更正,向受誤導的朋友們致歉

更正概述:圓環懸浮在球表面的狀態是不穩定的,環球相切且球心與環共面為穩定狀態。

問題:這個環如果可以漂浮,那這種漂浮是穩定的嗎?還有,環可以橫向和縱向轉動嗎?(假定沒有空氣阻力)

回答:假設1、環為剛性均勻環;2、地球為剛性理想球;3、環質量遠低於地球質量;4、環與球初始相對靜止,進行動力穩定性分析

首先分析系統在圓環平面上對擾動的穩定性:

設地球半徑為R,質量為M,環的線密度為ρ,總質量為m(m=2πRρ),環心對球心的偏移量為r,計算環所受總引力F

由對稱性,F在垂直於r的方向上分量是0,所以只需計算r方向平行的分量

可以看出力的反饋與位移同向,為正反饋,故在此平面內系統不穩定

再考慮垂直於環平面的擾動穩定性:

容易看出擾動後合力是回覆力,平衡是穩定平衡,在小位移條件下是線性回覆力,角頻率與近地衛星相同。

再考慮轉動穩定性:以環為參照系,等價於球在轉動,而此非慣性係中的慣性力都是對稱的,對系統穩定性不產生影響。

所以環在地面上懸浮是乙個不穩定平衡,但有一點落地相切後在平面內是隨遇平衡,在平面外是穩定平衡

有關勁度係數的計算仍然有效,只是變成抬起這個環需要多大勁,如果環的質量為千噸級,那麼你乙隻手就能把它抬起來(此時勁度係數約1.7N/m);如果環的質量有兆噸級,那麼來倆胖子也能做到;如果環的質量再加三個數量級,就比較硬了,但相對於環的總質量來說還是比較小的

垂直於環平面的振動週期約乙個半小時,環平面內保持環球相切可任意滾動/滑動(別太快,低速條件),也可繞環平面內任意軸線迴轉(也別太快)

9樓:CollinGao

如果忽略地球之外的引力的話,這個環的唯一穩定態就是「套」在地球上。其亞穩態則是以環上一點作為支撐立在地球上。

同時,它可以任意繞著地心旋轉。當然,此時地球的非均勻性不考慮。若考慮,推測圓環的軸有乙個穩定的方向。

環的任意一點運動都可以對地面造成極大破壞。環的非軸向旋轉造成的引力變化,還會對潮汐產生影響。

10樓:馬天平

好問題。

這個環可以漂浮。

這種漂浮或許就像地球靜止衛星一樣的需要修正偏差。

這個能夠漂浮在赤道上的剛體環,應當可以像地球靜止衛星一樣的靜止、可以像土星環一樣的對於地球轉動。

這個能夠漂浮在赤道上的剛體環結構,可以作為靜止或者運動的:環球公路、環球鐵路、環球空間站、環球高速列車。

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