سقوط به درون زمین چند دقیقه طول می‌کشد؟

9
4675

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 لایو‌ساینس، این سناریویی است که معمولا در کلاس‌های فیزیک مطرح می‌شود: تونل گرانشی، حفره‌ای که از یک سوی زمین حفاری شده و از مرکز سیاره گذشته و به سوی دیگر زمین ختم می‌شود. پرسش اینجاست که چه مدت زمانی برای سقوط در میان این حفره نیاز است و پاسخ این پرسش برای بیش از نیم قرن ۴۲ دقیقه و ۱۲ ثانیه بوده‌ است.

راه‌حل این معما با قدرت کشش گرانشی زمین ارتباط مستقیم دارد و قدرت کشش گرانشی سیاره نیز با جرم آن در ارتباط است. زمانی که فردی به درون چنین حفره‌ای سقوط کند،‌ با گذشت زمان و با نزدیک‌شدن فرد به مرکز زمین، جرم او ثابت مانده و در نتیجه میزان کشش گرانشی روی بدن وی کاسته خواهد‌شد. بدون درنظر گرفتن مقاومت هوا، تکانه ناشی از سقوط می‌تواند فرد را در تمامی طول مسیر به آن سوی حفره به پایین بکشاند. فردی که تن به چنین آزمایشی می‌دهد، باید پس از خروج به سرعت خود را به بیرون از حفره پرتاب کند در غیر این‌صورت دوباره به درون آن سقوط کرده و برای همیشه در این تونل گرانشی نوسان پیدا خواهد‌کرد.

به گفته الکساندر کولتز فیزیکدان دانشگاه مک‌گیل، می‌توان این رویداد را به سرسره‌ای آبی تشبیه‌کرد که سر خوردن از روی آن به ۴۰ دقیقه زمان نیاز دارد و فرد به سرعت هشت کیلومتر بر ثانیه دست خواهد‌ یافت. در میانه این راه نیروی گرانش تغییر جهت داده و فرد وارونه خواهد‌ شد. از زمانی که این محاسبات اولین بار در سال ۱۹۶۶ انجام شد، دست‌کم یک فرضیه درست بودن آن را مورد تردید قرار داده‌است. صرف‌نظر از غیرممکن بودن حفر تونلی به طول ۱۲ هزار و ۷۴۲ کیلومتر در طول سیاره زمین، زمان عبور ۴۲ دقیقه‌ای از میان این تونل در شرایطی درست خواهد‌بود که جرم سیاره مانند یک تیله یکدست و یکپارچه باشد.

suomi-npp-photo-earth-blue-marble-eastاکنون با استفاده از مدلی واقع‌ گرایانه‌تر از زمین، کلوتز دریافته‌ است که سقوط در میان چنین تونلی ۳۸ دقیقه و ۱۱ ثانیه زمان خواهد‌برد، یعنی فرد نسبت به محاسبات پیشین چهار دقیقه سریعتر از میان این تونل عبور خواهد‌کرد. کلوتز محاسبات خود را بر اساس ساختار درونی سیاره که اطلاعات آن را از داده‌های لرزه‌شناسی به دست آمده‌اند، انجام داده‌است. اگرچه پوسته زمین از جرمی کمتر از سه گرم در سانتیمتر مکعب برخوردار است، مرکز زمین جرمی برابر ۱۳ گرم بر سانتیمتر مکعب دارد. جرم و تراکم زمین براساس روندی یکدست و منظم افزایش پیدا نمی‌کند، در مرز میان جبه و هسته خارجی،‌ جایی در عمق دو هزار و ۹۰۰ کیلومتری از سطح، جرم سیاره با افزایش شدید ۵۰ درصدی مواجه می‌شود.

فیزیکدانان اینطور درنظر گرفتند که درون این تونل هیچ مقاومت هوایی وجود ندارد زیرا به گفته کلوتز اگر تکنولوژی برای حفر چنین تونلی وجود داشته‌ باشد، تکنولوژی لازم برای خارج کردن هوا از درون آن نیز وجود خواهد‌داشت. کلوتز در نهایت شگفتی دریافت آنچه محاسبه کرده‌است با پاسخی که درصورت تصور یکپارچه بودن کشش گرانشی زمین در سرتاسر سیاره و سطح آن به دست می‌آمد، برابری می‌کند. این فرضیه از آن رو درست است که گرانش زمین با نفوذ بیشتر به عمق سیاره ۱۰ درصد تغییر می‌کند، ابتدا شدید‌تر و سپس ضعیف‌تر می‌شود.

از این رو زمانی که فردی در این تونل آغاز به سقوط کند، به مناطقی خواهد رسید که نیروی گرانش کاملا نسبت به سطح متفاوت خواهد بود از این رو می‌تواند با سرعت زیادی از این مناطق عبور کند. نباید انتظار داشت کسی بتواند این محاسبات را به صورت حقیقی آزمایش کند. عمیق‌ترین تونلی که تاکنون انسان موفق به حفر آن در عمق زمین شده، ‌۱۲ کیلومتر بوده است،‌ تونلی که حفر آن توسط شوروی سابق از سال‌ ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۹ به طول انجامید و در نهایت تنها به ۰.۱ درصد از کل عمق زمین دست‌ یافت.

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!