Die Formel für ein fallendes Objekt hat im Nenner. Dies würde bedeuten, dass ein höher gelegenes Objekt langsamer fällt als der Standard dass wir in der High School unterrichtet werden.
Was würde passieren, wenn wir es nehmen würden Meterstab und a Meterstab bis zu einer Höhe von Meter für die Unterseite beider Stangen und ließ sie dann fallen? Nehmen wir an, sie sind auf der Unterseite beschwert, sodass beide vertikal bleiben und dass die Meterstab ist hohl, also wiegen beide gleich viel. Würden sie gleichzeitig oder anders auf den Boden aufschlagen?
Paul T. gibt eine gute Antwort in Bezug auf den Fall, dass die Höhe der Unterseiten der Pole gleich ist (was in der Frage gefragt wurde). Der Hauptunterschied liegt in diesem Fall in der unterschiedlichen Höhe der Massenschwerpunkte der beiden Stäbe.
Sie könnten sich jedoch fragen, was wäre, wenn die Massenschwerpunkte der beiden Stäbe auf gleicher Höhe wären, gäbe es dann immer noch einen Unterschied? Es stellt sich heraus, dass dies der Fall sein wird, obwohl der Unterschied noch geringer ist.
Lassen Und Seien Sie die Masse und Länge eines vertikalen Stabes mit gleichmäßiger Dichte, und die Höhe seines Mittelpunkts vom Mittelpunkt des Planeten. Die Masse des Planeten ist . Stellen Sie sich ein winziges Stück Masse vor und Distanz von der Mitte des Stabes (so ist zwischen Und ). Die Schwerkraft auf das winzige Stück ist:
Die Gesamtkraft auf den Stab ist das Integral von über die ganze Masse:
Die Masse des kleinen Stücks ist proportional zu seiner Länge ( ), damit wir ersetzen können für mit entsprechender Skalierung:
Machen die integralen Ausbeuten:
Dies ist fast derselbe Wert, als ob die Masse des Stabes in seiner Mitte konzentriert wäre (in diesem Fall wäre es gerade ). Schauen wir uns wie Paul T. den relativen Unterschied an:
Vergleichen Sie dies mit dem Fall, in dem wir messen vom Ende der Stange, wo der relative Unterschied (zwischen einem Stab und einer Spitze) gerade war . Wenn der Endfall einen Unterschied von einem Teil pro Million hatte, hat der mittlere Fall einen Unterschied von weniger als einem Teil pro Billion!
Ja. Wie in den Fragen beschrieben, gibt es einen sehr kleinen Unterschied zwischen der Beschleunigung der beiden Pole, wobei der kürzere schneller beschleunigt.
Die auf einen Pol wirkende Gravitationskraft ist
Wenn die beiden Stangen unterschiedlich lang sind, , dann sind ihre CoMs unterschiedlich weit von der CoM der Erde entfernt. Lassen Sie uns definieren als Abstand vom CoM der Erde zum unteren Rand der Erhebungen, die sich auf gleicher Höhe befinden. Angenommen, die Pole sind einheitlich
Die kürzere Stange erfährt eine größere Beschleunigung.
Um in den Griff zu bekommen, um wie viel größer, können wir eine Entwicklung erster Ordnung der beiden Beschleunigungen durchführen und uns den Unterschied ansehen.
Ich persönlich finde den Bruchteil Unterschied erhellender sein als das Absolute. Schauen wir uns das also an, indem wir das Gemeinsame aufteilen Bit.
Der Radius der Erde beträgt ca m, also betrachten wir Teile-pro-Million-Unterschiede in den Beschleunigungen der beiden Pole.
Unter der (vernünftigen) Annahme, dass beide Objekte starr sind (keine Verformung unter dem Einfluss der Schwerkraft erfahren), dann im Gesetz:
bezieht sich auf den Abstand zwischen dem Schwerpunkt (CoG) des Objekts und dem CoG der Erde.
Unter der Annahme, dass die CoGs beider Objekte dieselbe Masse haben und sich auf derselben Höhe über der Erde befinden (zu Beginn ihres freien Falls), ergibt sich das Ergebnis sind gleich.
Würden sie gleichzeitig oder anders auf den Boden aufschlagen?
Unter diesen Umständen würde ersteres zutreffen.
Ja, etwas andere Beschleunigung, wie andere gesagt haben, was zu einer etwas späteren Ankunft des längeren Pols führt. (Es ist die Position des Massenmittelpunkts, die die Beschleunigung bestimmt).
Ein interessanter Nebeneffekt: Durch die unterschiedliche Gravitationskraft an ihren beiden Enden werden die Pole beide auf Spannung gezogen. Das extreme Beispiel dafür ist die „Spaghettifizierung“, die vorhergesagt wird, wenn Dinge in Richtung des Zentrums eines Schwarzen Lochs fallen.
Okay, keine Luft. Außerdem vereinfache ich die Gezeiteneffekte (Pole sind in keiner Weise kugelförmig). Die gegenseitige Anziehung zwischen den Polen sowie die Bewegung der Erde auf sie werden als vernachlässigbar angesehen (nicht, dass dies die Antwort ändern würde).
Abgesehen davon hat der 10-m-Stab seinen Schwerpunkt 4,5 m höher, sodass er etwas weniger Schwerkraft und weniger Beschleunigung erhält.
Da beide Stangen 100m (gleiche Distanz) zurücklegen müssen, kommt die 10m Stange später an.
Bei nicht gleichförmiger Schwerkraft werden unter Berücksichtigung des Luftwiderstands zwei beliebige Objekte mit unterschiedlichen Schwerpunkthöhen durch die Schwerkraft mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten beschleunigt. Wie Sie zu verstehen scheinen, würde der vergrößerte Radius zum Schwerpunkt dem höheren Objekt eine geringere anfängliche Beschleunigungsrate verleihen.
Eigentlich ist die Frage etwas vage. Als ich es las, dachte ich, es bedeute wie ein Baum oder ein Telegrafenmast oder einer dieser sehr hohen alten Schornsteine, die umfallen. In diesem Fall berechnen wir die Zeit, die ein hoher, dünner Zylinder benötigt, um umzufallen. Je höher es ist, desto länger dauert es, bis es herunterfällt, obwohl wir im wirklichen Leben damit kämpfen müssten, dass der Zylinder bricht oder sich verformt. Die meisten Antworten hier konzentrieren sich auf das Fallenlassen eines vertikalen Zylinders und haben dies gründlich beantwortet. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Zylinder (Stange) horizontal gehalten wird, bevor er fallen gelassen wird, in diesem Fall wäre die Länge nicht relevant. Ich hoffe, das hat das Wasser ein wenig getrübt...
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