现实当中不存在理想刚体,地球引力在各个位置也不均匀,离开地面1米的钢圈,会被自身重力压塌。
假设地球是一个完美的球体,半径为R,赤道周长为C;那么距离地面1米的钢圈,周长为C':
C'=2π(R+1)=2πR+2π=C+6.28米;
也就是说,假如赤道周长为4万公里,那么比赤道半径高1米的钢圈,钢圈周长只比赤道周长长6.28米。
数学模型
在理想情况下,假设钢圈是理想刚体,地球是完美球体,钢圈正好比地球赤道高一米,那么钢圈各处受力情况一样,钢圈就能悬浮于地面1米高处,钢圈自身的强度相互支撑起自重。
物理模型
实际上,哪怕是理想情况,钢圈的平衡也是不稳定的,稍受扰动就会塌陷;而且现实中没有理想刚体,地球也并非完美球体,会有以下因素造成影响:
(1)没有理想刚体,4万公里长度的钢圈,会被自身重力压塌;别说4万公里,哪怕是500米的钢圈,把两头固定,也会被自身重力压塌;
(2)地球各处引力不均匀,也并非理想球体,钢圈受力的不平衡也会导致自身塌陷;
要想钢圈离地面一定距离悬浮,可以在近地轨道上建造一圈钢圈,然后以一定速度绕地轴自转,使钢圈的离心力正好抵消重力,有点类似未来的环地空间站。在地面附近的话,只能每隔一定距离建立一个支撑架来支撑重力。
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