Throwback Thursday: A ciência dos poços sem fundo
Crédito da imagem: NASRDA (Nigéria) 2012, via http://www.sstl.co.uk/Media-Gallery/Images/Diamond-Mine–Mirny–Russia.
O que aconteceria se você mergulhasse em um buraco direto na Terra?
Onde você costumava estar, há um buraco no mundo, no qual me vejo constantemente andando durante o dia e caindo à noite. – Edna São Vicente Millay
Tenho certeza que você já pensou nisso antes: o que aconteceria se você jogasse algo em um poço sem fundo?
Crédito da imagem: fonte original desconhecida.
Não, nenhum desses falso poços sem fundo que você encontra em vários Pontos Misteriosos fora da trilha batida. Esses são um centavo de uma dúzia, e podem alegar ser sem fundo, mas geralmente eles descem apenas algumas dezenas de metros, e não mais do que isso.
Crédito da imagem: Mel's Hole, cortesia de http://komonews.com/ em Seattle, Washington.
Quer você ouça sobre o bem para o inferno ou outras alegações surpreendentes, todos eles acabam sendo nada mais do que lendas urbanas após uma investigação mais detalhada.
Os que realmente existem? Esses podem ser profundo , mas eles definitivamente não são sem fundo. E eu quero algo verdadeiramente sem fundo. Para conseguir isso, teríamos que usar nossa imaginação e fingir que havia de alguma forma um eixo cilíndrico que se estendia por todo o caminho, passando pela crosta terrestre, manto e núcleos internos e externos, até o centro da Terra. , e isso continuou de volta para o outro lado, provavelmente para o oceano, se você mora em um continente. (Estes são conhecidos como pontos antípodas .)
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Cmglee.
Isso requer um muito de imaginação, porque as temperaturas e pressões são tão espetacularmente grandes que literalmente derreteriam, ferveriam ou sublimariam qualquer material conhecido! No entanto, apesar dos gradientes de pressão e temperatura em todo o caminho, apesar de ter um núcleo externo líquido e fundido e um núcleo interno radioativo de níquel-ferro-cobalto a mais de 4000 ° F, vamos presumir você foi e criou fisicamente algo que irá estabilizar seu eixo cilíndrico passando direto pelo centro da Terra. Se você puder fazer isso, terá criado um verdadeiro poço sem fundo.
(Talvez um cilindro de grafeno de espessura suficiente que seja resfriado por uma camada de hélio líquido bombeado através dele faça o truque?)
Crédito da imagem: IOP Publishing (L) / http://NanoTechWeb.org/ (R).
Então, agora estamos bem, certo? Temos um poço sem fundo que começa em um ponto da Terra, vai até o centro e volta para o outro lado.
Você está pronto para mergulhar? Vamos fazer isso e ver o que acontece!
Crédito da imagem: 2010–2013 ~MatsuKami do deviantART.
Gerônimo !
Aqui vai o seu plano mestre para fazer o salto de paraquedas mais longo do mundo parecer um insignificante lançamento de moedas. Enquanto Felix Baumgartner pode ter viajado 36 quilômetros, seu plano é ir mais de 12.000 km , todo o caminho de um lado da Terra para o outro, através de um poço sem fundo!
Crédito da imagem: anon-y-moose of Democratic Underground, com modificações minhas.
Bem, acontece que seu plano brilhante não o levaria muito longe. Aqui, perto da superfície da Terra, a atmosfera está se movendo junto com você e a superfície da Terra à medida que o planeta gira, a uma velocidade de cerca de 1.000 quilômetros por hora, com variações dependendo da sua latitude.
Isso não é grande coisa para a maioria das aplicações normais, mas à medida que você começa a se afastar da superfície da crosta terrestre e se aprofunda no interior, você descobrirá que, horizontalmente, você está se movendo muito rápido .
Crédito da imagem: OSC Physics Keeper of http://cnx.org/.
A Terra gira a uma constante angular velocidade, significando - como um disco - que as partes externas, onde estamos, giram mais rápido linear velocidade do que as partes internas. No núcleo, na verdade, a velocidade é zero na direção tangencial, o que significa que você colidiria com as paredes do poço que construiu em pouco tempo. É apenas uma questão de tempo (e, surpreendentemente, algumas dezenas de quilômetros) antes de você descobrir que colidiu com a parede do seu tubo cilíndrico, já que a Terra ainda está girando - com o interior girando mais lentamente que a superfície - depois de você pula!
Há uma solução alternativa, no entanto, se você for inteligente.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia commons Dna-webmaster; imagem da Terra da NASA.
Construa seu eixo diretamente ao longo do eixo de rotação da Terra, do Pólo Norte até o centro da Terra até o Pólo Sul. Agora, não haverá efeitos de rotação diferencial, nenhuma força de coriolis e – enquanto seu tubo cilíndrico aguentar – nada o impedirá de ter um poço sem fundo real!
Então faça isso – pule no poço sem fundo – e o que acontece?
Crédito da imagem: fotógrafo desconhecido, de Mammoth Cave, Kentucky.
Agora, a diversão começa! Você começa a acelerar para baixo enquanto o ar passa. Muito rapidamente – após cerca de 7 segundos – você atinge a velocidade terminal, que é de cerca de 140 a 210 milhas por hora, dependendo de como seus braços e pernas estão posicionados. Essa velocidade na verdade aumenta marginalmente por um tempo à medida que você continua descendo o eixo, pois as camadas internas da Terra são mais densas que as camadas externas.
Crédito da imagem: Point Break.
Mas então a gravidade (paradoxalmente) fica mais fraco , e a densidade do ar que enche o eixo fica maior, o que significa que você diminui tremendamente. A queda (e as baixas velocidades graças à resistência do ar) levará um grandes tempo: você levará algo em torno de 20 a 24 horas para chegar ao centro da Terra. Isto é um grandes viagem de cerca de 4.000 milhas (ou 6.400 km). Quando você fizer isso, você estará se movendo a uma velocidade insignificante de só cerca de 30 milhas por hora (ou 48 km/h; seu número real varia dependendo da densidade do ar no núcleo do poço), e você só ultrapassará o verdadeiro centro gravitacional em menos de uma milha.
Em outras palavras, em pouco tempo, você ficará preso no centro gravitacional da Terra, um destino miserável para qualquer um ou qualquer coisa jogada em seu poço sem fundo.
Crédito da imagem: Cilindro Palsonite da X-Fire SET VC/ Type96 http://www.x-fire.org/ .
Então seja esperto sobre isso! Não jogue algo em um cheio de ar eixo através dos pólos da Terra, lançá-lo em um vácuo ! Seu eixo cilíndrico, reforçado e resfriado, se estenderá continuamente do Pólo Norte ao Pólo Sul, e você terá removido todo o ar dele!
Agora, a diversão começa. Você joga um objeto no poço sem fundo, e o que acontece?
Crédito da imagem: usuários do Wikimedia commons Jeremy Kemp, Surachit e eu.
Isto Nunca atinge a velocidade terminal! Pelo contrário, ele continua acelerando, atingindo uma velocidade máxima no centro da Terra de mais de 11.000 metros por segundo , que é de cerca de 40.000 km/h ou 25.000 mph! Sua viagem ao centro da Terra leva apenas cerca de 22 minutos , com algumas incertezas baseadas nas densidades de diferentes camadas, mas como não há resistência do ar, não há perda de energia, e isso é onde a diversão começa !
Crédito da imagem: Ben Wouters no Talkshop de Tallbloke, modificações minhas.
Eu me pergunto se vou cair direto pela Terra! – Alice, de Alice no País das Maravilhas de Lewis Carroll
Você agora desaceleraria à medida que se afastasse progressivamente do núcleo da Terra e através das várias camadas externas; sua aceleração também mudaria à medida que você se movesse, dependendo da massa total contida por uma esfera de sua distância atual do centro da Terra, bem como dessa distância (quadrado). E um total de 45 minutos ou mais depois que você foi jogado no poço do Pólo Norte, você emergiu do Pólo Sul.
Apenas, porque o Pólo Sul está a uma altitude de cerca de 2.800 metros (mais de 9.000 pés), você mal conseguiria ver a luz do dia antes de parar e depois fazer a mesma jornada de volta de onde veio.
E então você faria uma viagem de ida e volta, de volta por todas as várias camadas do manto, núcleo externo e núcleo interno, até o centro da Terra, e novamente pelas camadas do norte. Cerca de uma hora e meia de quando você foi deixado no Pólo Norte, você ressurgiria na mesma posição exata em que começou.
Crédito da imagem: coljay72 — CC-BY-SA-3.0.
Uma viagem de ida e volta, do Pólo Norte ao apenas tímido do Pólo Sul e de volta ao Pólo Norte novamente, por todo o centro da Terra, em apenas um bigode menos de 90 minutos.
Em condições ideais:
- criando um vácuo,
- em linha reta através do eixo de rotação da Terra,
- começando sem velocidade tangencial,
- desprovida de qualquer tipo de resistência e sujeita apenas a forças gravitacionais,
você acabaria de volta ao ponto de partida, não pior para o desgaste, desde que se isolasse da radioatividade e das mudanças de temperatura ao longo do interior da Terra. E essa é a física de um poço sem fundo!
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