Возможно вам доводилось когда-то услышать мол: "О, глубоко копаешь, скоро до Китая докопаешь!" Такой сценарий маловероятен, потому что мы с Китаем находимся в одном полушарии. А вот сквозной ход в Северную Америку в теории можно и организовать! Получится, что мы прорыли сквозной тоннель через центр Земли.
Опустив факт технической невозможности данной затеи, поразмыслим как поведет себя тело, брошенное в такой тоннель.
Исходя из того, что Земля представляет собой шар, яма копается как диаметр и ориентирована строго вертикально относительно копателя. Получается, тоннель проходит через центр нашей планеты.
Вдохновленный результатом копатель будет рыть и рыть свой тоннель. Скажем, нужен ему колодец на дачном участке, а воды всё нет и нет. Он копает и проходит сквозь планету. Но в какой-то момент копатель должен оказаться на противоположной половине. То есть рыть он начнет уже не пол под собой, а потолок. Когда же толща Земли окажется пройденной, он, по беглому представлению зрителя, должен выпасть из этой ямы как из пушки. Но по этой же логике все жители Америки должны падать с планеты в открытый космос. Этого ведь не происходит.
Всё дело в том, что существует так называемый закон всемирного тяготения. По его формулировке все тела притягиваются друг к другу.
Расстояние в данном случае измеряется от центров тяжести тел, составляющих рассматриваемую систему. Это значит, что сила высчитывается исходя из центральной точки объемных фигур. Или, проще говоря, высчитывается от центра Земли и от центра человека.
Значит, на обратной стороне нашей планеты действует та же самая сила тяготения, что и на нашей стороне планеты. Именно поэтому, люди в Америке не падают в открытый космос.
Но что будет, если прыгнуть в сквозной тоннель? По всей логике в какой-то момент сила тяжести окажется максимальной, ведь расстояние между центрами тяжести уменьшается. Но это не совсем корректное понимание проблемы.
Есть понятие напряженность гравитационного поля. В данном случае, внутри шара планеты оно будет равно нулю. На глубине мы будем иметь дело с невесомостью. Обратите внимание, что ускорение убывает пропорционально расстоянию до центра Земли, а не сразу уходит в ноль. В противном бы случае, мы не могли бы прыгнуть н ив одну глубокую яму :)
Получается, если человек прыгает в сквозной колодец, то в центре Земли он должен сначала зависнуть, а потом опять провалиться в колодец, но уже с другой стороны?
Кстати, по логике в дело вмешается ещё и сила Кориолиса, которая не позволит телу прямолинейно пролететь сквозь такой тоннель. Мы рассматривали, как сила Кориолиса влияет на формирование вихрей в этом материале и здесь логика схожая. Однако в идеальном случае тоннель может совпасть с осью вращения Земли и тогда сила Кориолиса не будет оказывать влияние.
Схема получится примерно следующая. Прыгун падает в такой колодец, ускоряется максимально сильно, пока не достигнет центра Земли и дальше полетит по инерции, но уже на противоположной стороне планеты. Там сила тяготения в итоге компенсирует его движение по инерции и потянет его обратно в этот сквозной тоннель. Ситуация будет повторяться бесконечное количество раз. Получим колебательный процесс.
Но, картина справедлива только в случае, если именно что прыгать в амбразуру. Что же будет, если просто спокойно копать лопатой, то есть не иметь инерциального движения, обусловленного падением?
Логика тут изменится мало. Пока человек не докопается до слоя невесомости, он будет проваливаться в глубь ямы. Только пролететь зону невесомости внутри планеты он уже не сможет, так как начального ускорения свободного падения иметь не будет. Значит, он докопает до этого момента и зависнет в пространстве.
