سقوط به درون زمین چند دقیقه طول می‌کشد؟

9
5255

بیگ بنگ: چقدر طول می‌‌کشد تا فردی از درون حفره ای روی سطح زمین سقوط کرده و از میان سیاره عبور کرده و از سویی دیگر بیرون بیاید؟ دانشمندان زمان جدیدی را برای طی کردن چنین فاصله‌ای محاسبه کرده‌ اند.

earth-compositionبراساس گزارش لايو‌ساينس، اين سناريويي است كه معمولا در كلاس‌هاي فيزيك مطرح مي‌شود: تونل گرانشي، حفره‌اي كه از يك سوي زمين حفاري شده و از مركز سياره گذشته و به سوي ديگر زمين ختم مي‌شود. پرسش اينجاست كه چه مدت زماني براي سقوط در ميان اين حفره نياز است و پاسخ اين پرسش براي بيش از نيم قرن 42 دقيقه و 12 ثانيه بوده‌ است.

راه‌حل اين معما با قدرت كشش گرانشي زمين ارتباط مستقيم دارد و قدرت كشش گرانشي سياره نيز با جرم آن در ارتباط است. زماني كه فردي به درون چنين حفره‌اي سقوط كند،‌ با گذشت زمان و با نزديك‌شدن فرد به مركز زمين، جرم او ثابت مانده و در نتيجه ميزان كشش گرانشي روي بدن وي كاسته خواهد‌شد. بدون درنظر گرفتن مقاومت هوا، تكانه ناشي از سقوط مي‌تواند فرد را در تمامي طول مسير به آن سوي حفره به پايين بكشاند. فردي كه تن به چنين آزمايشي مي‌دهد، بايد پس از خروج به سرعت خود را به بيرون از حفره پرتاب كند در غير اين‌صورت دوباره به درون آن سقوط كرده و براي هميشه در اين تونل گرانشي نوسان پيدا خواهد‌كرد.

به گفته الكساندر كولتز فيزيكدان دانشگاه مك‌گيل، مي‌توان اين رويداد را به سرسره‌اي آبي تشبيه‌كرد كه سر خوردن از روي آن به 40 دقيقه زمان نياز دارد و فرد به سرعت هشت كيلومتر بر ثانيه دست خواهد‌ يافت. در ميانه اين راه نيروي گرانش تغيير جهت داده و فرد وارونه خواهد‌ شد. از زماني كه اين محاسبات اولين بار در سال 1966 انجام شد، دست‌كم يك فرضيه درست بودن آن را مورد ترديد قرار داده‌است. صرف‌نظر از غيرممكن بودن حفر تونلي به طول 12 هزار و 742 كيلومتر در طول سياره زمين، زمان عبور 42 دقيقه‌اي از ميان اين تونل در شرايطي درست خواهد‌بود كه جرم سياره مانند يك تيله يكدست و يكپارچه باشد.

suomi-npp-photo-earth-blue-marble-eastاكنون با استفاده از مدلي واقع‌ گرايانه‌تر از زمين، كلوتز دريافته‌ است كه سقوط در ميان چنين تونلي 38 دقيقه و 11 ثانيه زمان خواهد‌برد، يعني فرد نسبت به محاسبات پيشين چهار دقيقه سريعتر از ميان اين تونل عبور خواهد‌كرد. كلوتز محاسبات خود را بر اساس ساختار دروني سياره كه اطلاعات آن را از داده‌هاي لرزه‌شناسي به دست آمده‌اند، انجام داده‌است. اگرچه پوسته زمين از جرمي كمتر از سه گرم در سانتيمتر مكعب برخوردار است، مركز زمين جرمي برابر 13 گرم بر سانتيمتر مكعب دارد. جرم و تراكم زمين براساس روندي يكدست و منظم افزايش پيدا نمي‌كند، در مرز ميان جبه و هسته خارجي،‌ جايي در عمق دو هزار و 900 كيلومتري از سطح، جرم سياره با افزايش شديد 50 درصدي مواجه مي‌شود.

فيزيكدانان اينطور درنظر گرفتند كه درون اين تونل هيچ مقاومت هوايي وجود ندارد زيرا به گفته كلوتز اگر تكنولوژي براي حفر چنين تونلي وجود داشته‌ باشد، تكنولوژي لازم براي خارج كردن هوا از درون آن نيز وجود خواهد‌داشت. كلوتز در نهايت شگفتي دريافت آنچه محاسبه كرده‌است با پاسخي كه درصورت تصور يكپارچه بودن كشش گرانشي زمين در سرتاسر سياره و سطح آن به دست مي‌آمد، برابري مي‌كند. اين فرضيه از آن رو درست است كه گرانش زمين با نفوذ بيشتر به عمق سياره 10 درصد تغيير مي‌كند، ابتدا شديد‌تر و سپس ضعيف‌تر مي‌شود.

از اين رو زماني كه فردي در اين تونل آغاز به سقوط كند، به مناطقي خواهد رسيد كه نيروي گرانش كاملا نسبت به سطح متفاوت خواهد بود از اين رو مي‌تواند با سرعت زيادي از اين مناطق عبور كند. نبايد انتظار داشت كسي بتواند اين محاسبات را به صورت حقيقي آزمايش كند. عميق‌ترين تونلي كه تاكنون انسان موفق به حفر آن در عمق زمين شده، ‌12 كيلومتر بوده است،‌ تونلي كه حفر آن توسط شوروي سابق از سال‌ 1970 تا 1989 به طول انجاميد و در نهايت تنها به 0.1 درصد از كل عمق زمين دست‌ يافت.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: livescience



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

9 دیدگاه‌ها

  1. رسیدن به سرعت ثابت بعد از پریدن از هواپیما به علت وجود مقاومت هوای اتمسفره
    افزایش مقاومت هوا با افزایش سرعت رابطه مستقیم به توان دو داره اگه سرعت دو برابر بشه مقاومت هوا چهار برابر میشه در نهایت مقاومت هوا آنقدر زیاد میشه که شتاب جاذبه زمین رو خنثی میکنه
    آزمایش انتزاعی سقوط در این تونل فرضی با فرض خالی بودن تونل از هواست که سرعت فرد سقوط کننده مرتبا با شتاب g افزایش پیدا می‌کنه و در مرکز زمین به بالاترین حد خود در حدود هشت کیلومتر بر ثانیه میرسه و ادامه مسیر تا رسیدن به سطح زمین در طرف مقابل , به شکل معکوس خواهد بود یعنی این بار سرعت فرد با شتاب g کاهش پیدا می‌کنه تا به صفر برسه
    البته این فرایند به شرطی که زمین رو یک سیاره کاملا کروی شکل در نظر بگیریم و تونل حالت خلا داشته باشه قابل تصوره

  2. کسی که از هواپیما میپره بعد از مدتی به یه سرعت ثابت میرسه ، حالا اگه فرضا زمینی نباشه که اون فرد بهش برخورد کنه همون شخص با سرعت ثابت به مرکز زمین نزدیک میشه , چطور ممکنه بااون سرعت ناچیز دوباره مسافت مرکز تا سطح رو بالا بیاد?

  3. آقا یه متر مذاب به سطح میرسه عالمو کنفیکون میکنه، حالا اینا چطور میخوان زمینو سوراخ بکنن جلوی فشار و فوران مواد مذابم بگیرن اونوقت تونلی بسازن که در برابر حرارت و فشار شدید هسته ی زمین پایدار و با ثبات هم بمونه!