Перейти к содержимому


Что будет, если прокопать тоннель через центр Земли?


  • Пожалуйста, авторизируйтесь для того, чтобы ответить
Сообщений в теме: 6

Haales #1 Отправлено 02 фев 2016 - 16:54

    Контр-адмирал

  • Игроки
  • 996
  • Регистрация:
    29.11.2010

Может быть, кто-нибудь когда-нибудь задумывался: а что будет, если прокопать тоннель через центр Земли? Где мы окажемся в таком случае? Ответ "в психушке" смешной, но не правильный. Можно прямо сейчас рассчитать, куда именно мы попадем, это несложно. У каждой точки на Земле есть координаты. Шар условно поделен на Южное и Северное полушарие, по которым отсчитываются широты и Западное с Восточным полушарием по которым отсчитываются долготы. Так вот, чтобы на планете найти точку, противоположную данной, необходимо сменить знак у широты, а долготу отнять от 180 и тоже сменить знак.

 

 

Однако придется всех огорчить, поскольку большая часть суши проецируется через центр Земли на водную поверхность. Что и не удивительно, ведь площадь поверхности океанов составляет 71% от всей поверхности Земли. Обратно в сушу проецируется только очень небольшая часть суши.  Есть некоторые интересные совпадения. Например, почти все жители Аргентины и Чили выкопают тоннель в Китай или Монголию, а жители Испании - в Новую Зеландию, почти все обитатели Филиппин, Малайзии и Индонезии (острова Калимантан, Суматра, Ява и Сулавеси) будут любоваться дебрями Амазонки и южноамериканскими Андами, а вот жители Гренландии и Канадского архипелага почти не почувствуют разницы, оказавшись в Антарктиде. В России тоже есть небольшая территория рядом с Байкалом, тоннель их которой приведет вас на Фолклендские острова и Огненную Землю, а вот с Таймыра и почти всех арктических островов можно попасть опять же в Антарктиду.

 

  

 

Следующий логичный вопрос: а что будет если в этот тоннель начнет заливаться вода из Мирового Океана? Она перельется и зальет все вокруг? Нет, даже если взять для упрощения, что температура в центре тоннеля будет комнатная, вода начнет туда заливаться и падать с ускорением. Если тоннель достаточно широкий, то по принципу сообщающихся сосудов уровни воды станут одинаковыми тогда, когда будет одинаковое давление, в нашем случае R1=R2. Т.к почти вся суша лежит выше уровня мирового океана, тоннель заполненный водой будет почти как колодец без дна - вода будет все падать и падать в него. Но тоннель скорее всего окажется слишком узкий и вода не дойдет даже до середины - помешает воздушная пробка. И воду выдавит назад огромным давлением. А потом все повторится. Это будет некий гибрид гейзера и воронки для слива, только в планетарном масштабе, причем сразу в двух экземплярах, расположенных на планете симметрично.

 

 

А что если заливать воду с одного конца и откачивать воздух с другого? Можно посчитать, какой нужен колодец, что бы вместить всю земную воду (включая и запасенную в виде льда). Объем гидросферы оценивается примерно в 1,46·1021 кг по массе и  1,386·1018 кубометров по объему. Колодец представляет собой цилиндр высотой с диаметр Земли (~12742 км). Отсюда очень легко вычислить радиус самого цилиндра. Для того, что бы вместить всю земную воду нужно выкопать колодец с радиусом в 186074 метра. Это довольно внушительный размер, вполне заметный даже из космоса. Для такого тоннеля даже не нужно будет откачивать воздух - вода с обоих концов будет падать только невдалеке от стенок, сама выдавливая воздух по центральной части тоннеля. Хотя так мы рискуем еще немножко и подрастерять атмосферу, поскольку давления и скорости такого воздушного потока будет достаточно для выбрасывания струи прямиком в космос. 

Хотя еще большой вопрос - что будет с самой водой, поскольку в центре давление воды достигнет просто невероятного значения, начнется ее кипение, следовательно поднимется давление, которое опять начнет выталкивать воду из скважины. Нет, все же наши океаны слишком свободолюбивы и любят нежится под солнышком, а не сидеть в мрачной и темной скважине. 

 

 

А что будет, если прыгнуть в этот тоннель? Для интереса предположим, что туннель твердый на всем протяжении (сквозь расплавленное ядро проложена неплавкая труба) , и что ты нечувствителен ни к температуре, ни к давлению. Иначе все кончится уже на глубине пару десятков километров. Сначала мы будем разгоняться. Чуть погодя кориолисова сила, возникающая вследствие вращения Земли, начнет прижимать нас к стенке, и будет уже не полет, а скольжение по стенке. Этакие водные горки, как в аквапарке, только без воды (она, как мы помним, в этой шахте жить не хочет). Из-за трения, будь стенки хоть из гладкого тефлона, до противоположной стороны планеты мы так и не доберемся, разогревшись до сверхвысоких температур и буквально испарившись. Чтобы этого не происходило, туннель нужно сверлить либо от полюса к полюсу, либо криволинейно по спирали - тогда получится дуга, из-за чего мы не сможем попасть на строго противоположную точку планеты.

 


 

Если туннель имеет правильную кривизну, тогда мы будем падать в него с нормальным (поначалу) ускорением и испытывать полноценную невесомость. Между тем, ускорение будет постепенно слабеть, и пролетая в точке максимальной близости к центру Земли, мы достигнем скорости около 7 км/сек. Если туннель проходит точно по оси планеты и прямолинеен, тогда максимальная скорость будет в точности равна первой космической для той точки, откуда мы начали падение. После прохода этой точки ускорение становится отрицательным и мы начнем тормозиться все активнее (по-прежнему испытывая полную невесомость). Наконец, наша скорость обратится в ноль точно на выходе из тоннеля. В течение одной секунды можно будет лицезреть Австралийский ландшафт с ошалевшми кенгуру, а также помахать рукой и крикнуть приветствие австралийской таможне (которая наверняка огородит этот легкий и бесплатный путь на сей безмятежный южный континент). После чего мы начинаем падать обратно. И так до бесконечности мы станем летать туда-обратно, если кто-то не сжалится и не попытается нас вытянуть при очередном вылете из тоннеля.
Если туннель пролегает не по оси Земли и, следовательно, имеет форму дуги, тогда для обратного полета понадобится второй туннель, который будет уже с изгибом в другую сторону. Естественно, что этот второй туннель уже не приведет нас в точку отправления, так что для бесконечных полетов туда-обратно придется всю планету изрыть туннелями, которые, возможно, в итоге так и не смогут замкнуться на свое начало. Хотя в процессе можно будет увидеть множество красивых мест.
Ну, а если воздух все-таки будет в туннеле оставаться, тогда мы сможем разогнаться максимум до 200-300 км/ч, и уж конечно, потом инерции не хватит, чтобы достичь обратной стороны планеты. Покачаешься несколько раз на большой глубине, и остановишься вблизи центра в невесомости. Финита! И это еще при условии, что воздух у нас имеет одинаковое давление на всем протяжении тоннеля. В реальности же мы даже не долетим до середины планеты, увязнув в сверхплотном воздухе (хотя это будет уже даже не воздух).

 

 

Научный журнал American Journal of Physics (AJP) счел необходимым опубликовать статью Александра Клотца (Alexander Klotz) — выпускника канадского университета Макгилла (McGill University in Montreal, Canada) — в которой тот подсчитал, за сколько минут можно пролететь Землю насквозь. Речь, конечно же, идет о гипотетическом путешествии сквозь тоннель-колодец, который начинается, например, в Лондоне, проходит через центр планеты и заканчивается на другой ее стороне. Если бы такой тоннель-колодец существовал на самом деле, то его выход располагался бы на острове Антиподов, находящихся неподалеку от Новой Зеландии. Это как раз напротив Лондона в перпендикулярном направлении (точнее не самого Лондона, а срединных областей Англии). Если верить предыдущим расчетам, выполненным еще в прошлом веке, то человек, прыгнувший там в тоннель-колодец, вылетел бы из него на острове Антиподов через 42 минуты 12 секунд. А по Клотцу вышло, что прыгун окажется на выходе через 38 минут 11 секунд. Как объяснил выпускник, прежние исследователи не учли того, что плотность Земли меняется с глубиной и брали некое усредненное значение. Но в недрах - особенно в районе металлического ядра - планета гораздо плотнее.  И гравитация там сильнее. Соответственно и ускорение, создаваемое за счет гравитационных сил, выше.
Клотц внес поправки, пользуясь данными о плотности недр на разной глубине, полученными недавно за счет сейсмического зондирования. И определил: к центру Земли прыгун подлетит быстрее, чем считалось раньше. Пронесется со скоростью 29 тысяч километров в час. Далее начнет тормозить, приближаясь к выходу. Но в итоге, все равно доберется до острова Антиподов быстрее - почти на 4 минуты.

 

 

Остров Антипода - самый крупный в группе островов Антиподов, расположенных рядом с Новой Зеландией. Такое имя (от греческого antipodes, буквально "расположенные ногами вверх" к Англии) им было дано как раз за географическое положение (49°45' ю.ш., 178°45' в.д.), которое практически зеркально отображает положение Гринвича. Ну и, естественно, острова эти открыл англичанин - капитан Генри Уотерхауз.

 

А вот в недавнем ремейке фильма "Вспомнить все" тоннель через планету ведет в Англию прямо из середины Австралии (кстати, там он летает втрое быстрее, преодолевая путь за 14 минут - видимо у него есть еще и двигатели). Хотя вроде бы он не проходит точно через ядро, а идет несколько по дуге. Но в принципе построить такое сооружение будет практически невозможно, поскольку что наша кора, что мантия, что ядро постоянно находятся в движении. Для придания структурной прочности такому тоннелю (даже если допустить, что мы найдем материал, который не только не плавится при 5500 градусах, но и даже не теряет структурной прочности) необходимо иметь очень толстые стенки. Очень! По сравнению с ними толщина самого канала внутри будет на порядки меньше, и то не факт, что сверхсильные силы натяжения, сжатия и кручения не добъются своего рано или поздно. Ведь даже для современных поездов на скоростях в сотни километров в час смещение рельсов на пару сантиметров представляет сильную опасность. А при околокосмических скоростях будут критичны и того меньшие смещения. Возможно, этот транспорт передвигается на магнитной подушке и не имеет прямого контакта со стенками, но так или иначе - деформация может повредить сами механизмы, а внутреннее железно-никелевое ядро будет играть роль очень мощной магнитной аномалии - ведь не зря же оно магнитосферу у планеты создает. Ну и напоследок, больших скоростей можно было бы достигнуть только при откачке воздуха из тоннеля и движении в техническом вакууме, но герои, как мы помним, спокойно выбрались на бок и немножко полазили по внешней обшивке еще в движении.

 

 

В общем результирую: если хотите получать удовольствие от научно-фантастических фильмов - не вздумайте получать естественно-научное образование, иначе такие фильмы превращаются в комедию. ;)


ВСЕ об астрономии и не только! 

 


OldGreen #2 Отправлено 04 фев 2016 - 11:17

    Лейтенант

  • Игроки
  • 51
  • Регистрация:
    22.09.2010

Научно фантастическая комедия тоже неплохо!

 



ManWithAGun #3 Отправлено 15 фев 2016 - 06:59

    Лейтенант

  • Игроки
  • 43
  • Регистрация:
    19.08.2010

Цитата

 После прохода этой точки ускорение становится отрицательным и мы начнем тормозиться все активнее (по-прежнему испытывая полную невесомость). 

Меня одного покоробило от этой фразы?
Хемуль, ну ты то должен знать - невесомость - суть нахождение в однородном гравитационном  поле. А если у нас модуль величины ускорения меняется(мы же двигаемся в неоднородном поле) то это уже не невесомость, мы будем испытывать на себе силу, а как мне кажется довольно значительную



Haales #4 Отправлено 15 фев 2016 - 10:49

    Контр-адмирал

  • Игроки
  • 996
  • Регистрация:
    29.11.2010

Просмотр сообщенияManWithAGun (15 Фев 2016 - 06:59) писал:

Меня одного покоробило от этой фразы?
Хемуль, ну ты то должен знать - невесомость - суть нахождение в однородном гравитационном  поле. А если у нас модуль величины ускорения меняется(мы же двигаемся в неоднородном поле) то это уже не невесомость, мы будем испытывать на себе силу, а как мне кажется довольно значительную

Ну да, немного коряво. Просто тут, видимо, невесомость определяется, как состояние свободного падения. Вон парашютисты в падении находятся в состоянии невесомости или нет? На них действует ускорение - кошерное 9.8 м/с2, но они ж как бы ощущают себя в невесомости. Вон космонавты говорят, что космическая невесомость воспринимается организмом, как бесконечное падение. Ведь они и на самом деле падают. Так что тут просто как воспринимать понятие невесомости - субъективно или по-научному. :rolleyes:


ВСЕ об астрономии и не только! 

 


ManWithAGun #5 Отправлено 16 фев 2016 - 21:37

    Лейтенант

  • Игроки
  • 43
  • Регистрация:
    19.08.2010

Просмотр сообщенияHaales (15 Фев 2016 - 10:49) писал:

Ну да, немного коряво. Просто тут, видимо, невесомость определяется, как состояние свободного падения. Вон парашютисты в падении находятся в состоянии невесомости или нет? На них действует ускорение - кошерное 9.8 м/с2, но они ж как бы ощущают себя в невесомости. Вон космонавты говорят, что космическая невесомость воспринимается организмом, как бесконечное падение. Ведь они и на самом деле падают. Так что тут просто как воспринимать понятие невесомости - субъективно или по-научному. :rolleyes:

 

Если убрать у парашютиста сопротивление воздуха - то да, но парашютист при свободном падении не может ускоряться выше терминальной скорости(емнип 200м\с). Опыт Баумгартнера не берем, он можносказать вне атмосферы разогнался.

 

222serg #6 Отправлено 25 фев 2016 - 08:29

    Мичман

  • Игроки
  • 0
  • Регистрация:
    20.01.2011

Просмотр сообщенияManWithAGun (15 Фев 2016 - 06:59) писал:

Меня одного покоробило от этой фразы?
Хемуль, ну ты то должен знать - невесомость - суть нахождение в однородном гравитационном  поле. А если у нас модуль величины ускорения меняется(мы же двигаемся в неоднородном поле) то это уже не невесомость, мы будем испытывать на себе силу, а как мне кажется довольно значительную

 

Я чего-то не понял, находясь на поверхности Земли вы находитесь в однородном гравитационном поле или нет? Ладно, попробуем иначе, невесомость это когда на тело действует лишь одна сила (пусть будет гравитация для упрощения примера), все остальные силы отсутствуют. Что есть вес? Это по сути реакция опоры (силы противодействия гравитации). Рассмотрим пример свободного падения в атмосфере, это не совсем невесомость, поскольку на тело действует сила сопротивления атмосферы (две силы действуют с разным вектором, что приводит к возникновению в теле внутренних сил или напряжений). Далее падение в самолете или капсуле. Если ускорения самолета или капсулы равны ускорению свободного падения, то внутри самолета будет невесомость, поскольку на тело действовать будет лишь сила гравитации. Внутренних напряжений не будет. Как-то так...

Haales #7 Отправлено 25 фев 2016 - 10:59

    Контр-адмирал

  • Игроки
  • 996
  • Регистрация:
    29.11.2010

Просмотр сообщения222serg (25 Фев 2016 - 08:29) писал:

Я чего-то не понял, находясь на поверхности Земли вы находитесь в однородном гравитационном поле или нет? Ладно, попробуем иначе, невесомость это когда на тело действует лишь одна сила (пусть будет гравитация для упрощения примера), все остальные силы отсутствуют. Что есть вес? Это по сути реакция опоры (силы противодействия гравитации). Рассмотрим пример свободного падения в атмосфере, это не совсем невесомость, поскольку на тело действует сила сопротивления атмосферы (две силы действуют с разным вектором, что приводит к возникновению в теле внутренних сил или напряжений). Далее падение в самолете или капсуле. Если ускорения самолета или капсулы равны ускорению свободного падения, то внутри самолета будет невесомость, поскольку на тело действовать будет лишь сила гравитации. Внутренних напряжений не будет. Как-то так...

Ну вот да, верно. Невесомость - это когда нет силы реакции опоры. В атмосфере она в целом есть, поскольку нас немного тормозит аэродинамическое сопротивление, а вот в космосе или внутри падающего самолета - нет. 


ВСЕ об астрономии и не только! 

 





Количество пользователей, просматривающих этот форум: 1

0 пользователей, 0 гостей, 0 анонимных