¿Es un tren de gravedad teóricamente posible? Esto significa cavar un túnel de un lado de la tierra al otro (no directamente a través del centro caliente). El tren cae por el túnel. ¿Tendría suficiente fuerza para volver a levantarse?

No. Primero, para ser efectivo, tendría que volver a la superficie, lo que implica que no hay pérdida de energía. De hecho, las pérdidas por fricción serían significativas. Segundo, tan pronto como llegue a una profundidad de más de 1 a 2 km, el calor sería demasiado intenso para que los humanos pudieran vivir, por lo que los trenes necesitarían una combinación de aislamiento significativo y el sistema en su conjunto tendría que ser a prueba de fallas para garantizar que ningún tren y sus ocupantes puedan quedar atrapados. Y, por supuesto, ni siquiera nos hemos metido en la realidad práctica de cavar túneles tan largos a tales profundidades y tanto calor, tal hazaña haría que el Chunnel parezca un juego de niños.

Cuando todo esté hecho, con toda probabilidad habría una eficiencia menor (debido a las situaciones de calor alto, lo que daría lugar a fricciones de contacto más altas) que lo que se vería en un tren de superficie, habría un riesgo dramáticamente mayor debido a la pérdida / descomposición, y los costos serían astronómicos. Hyperloop es una alternativa en la misma línea, pero operado en la superficie. Creo que si estamos pensando en “grandes pensamientos” en este sentido, esta es una realidad más factible.

Editar: debo aclarar algo: algo en este sentido podría ser “teóricamente posible” en el sentido de que podría hacerse. Sin embargo, no veo cómo esto podría ser de ninguna manera práctica, incluso igual a un sistema equivalente construido en la superficie. Entonces, cuando digo que no es teóricamente posible, eso significa que creo, ceteris paribus, que es teóricamente imposible obtener ningún beneficio incremental de un “tren de gravedad” en la Tierra.

Este tipo de pregunta se ha planteado tantas veces que debería estar en el libro de registros de Guinness. Se podría hacer con una fusión. Probablemente fue inventado por un maestro de escuela como una pregunta de práctica de física. Como cuánto tiempo necesitaría una palanca para usar la luna para mover la tierra. Nadie en su sano juicio imagina que es un problema realista, pero de hecho este tipo de cosas tienen valor para hacer pensar a los estudiantes. Entonces veamos.

El túnel y la maquinaria deben construirse a partir del milagro de unobtainium importado por Superman del planeta Niburu. Tienes que empujar las copas en un fluido para hacer un tubo y sellarlas con pernos de unobtainium, pero ahora es un cono, no un cilindro, y la trompeta del túnel debe ser increíblemente ancha al comienzo. Hay un pequeño problema con la temperatura y la presión, por supuesto, y la resistencia del aire, bueno, sería más como plasma, cocinar a los pasajeros en el tren de desocupación, sin mencionar la fricción de contacto con la pared causada por la rotación de la tierra. Ah, y una tensión lateral masiva en el tubo bicónico en sí, del tipo que mueve continentes. Por lo tanto, no solo es imposible en la práctica, sino que cualquier base llamada teórica también es completamente complicada. A menos que haya usado súper unobtainium que pueda soportar cualquier energía de estrés. Incluso los petatons de TNT almacenados en los bicones. Pero entonces nunca podrías anclar tanta energía en los extremos usando rocas ordinarias, destrozaría la tierra. O si no exigiera una súper rigidez, simplemente una súper resistencia a la tracción, aún se rompería de sus amarres en la superficie, se llenaría de lava y se convertiría en espiral en algún enredo orbital en las profundidades de la tierra. Todo en los reinos de la fantasía.

Lo más profundo que hemos logrado perforar es poco más de 12 km. A esta profundidad, las rocas actúan como plastilina y comienzan a llenar el agujero. A esta profundidad la temperatura era de 180 ° C, profundizar significaría temperaturas más altas.

Por lo tanto, en la actualidad no tenemos forma de cavar ese agujero, y no hay manera de evitar que el lado se hunda. Se necesitaría un salto en la tecnología para poder hacer un agujero así.

El túnel sería increíblemente caliente, no solo demasiado caliente para los humanos, sino demasiado caliente para usar metales. Necesitaríamos desarrollar cerámica para construir el tren y sus rieles.

La resistencia del aire sería un problema. A medida que profundizabas, el aire se volvería más denso y aumentaría la resistencia del aire. Por lo tanto, nunca podría llegar a la cima del otro lado sin agregar potencia adicional.

No en el nivel actual de la ciencia. No, a menos que encontremos “campos de fuerza” o algo similar.

El tren en sí funcionaría, no hay duda. (Aunque necesitaríamos mantener el vacío en el túnel). El problema es que, incluso si pudiéramos perforar el túnel (y no podemos), no tenemos forma de evitar que se derrumbe. Gran parte de la longitud del túnel estaría sujeta a presiones de decenas de millones de libras por pulgada cuadrada y temperaturas a las cuales ninguna sustancia conocida podría permanecer sólida (a menos que esté sujeta a esas decenas de millones de psi de manera uniforme).

Lo mejor que podemos hacer sin campos de fuerza o tubos de unobtainium es probablemente pasar acordes a través de la corteza exterior, no más de 20 km (mucho más profundo que eso, y cualquier tubo de metal vacío que arrojemos allí sería aplastado como una lata de refresco vacía). A 20 km de profundidad en el medio, eso nos da un alcance máximo de aproximadamente 1000 km. Todo es básicamente una versión estúpida de Hyperloop. Todavía tenemos que correr tubos; todavía tenemos que evacuarlos y hacer algún tipo de rieles maglev y de baja fricción como respaldo; y todavía necesitamos motores porque la cápsula no viajará al 100% de forma gratuita, habrá _algunos_ fricción y necesitará ayuda para la última parte de la subida. Sin embargo, en lugar de colocar tubos en la superficie de la Tierra, nos vamos a los gastos locos de aburrir un túnel de 1000 km a través de la roca madre. (Puede usar una cifra aproximada de $ 100 millones por kilómetro cerca de la superficie, y quién sabe cuánto una vez que lleguemos a las profundidades). Ahorramos un poco para cada viaje porque utilizamos la asistencia por gravedad en lugar de dejar que la cápsula viaje bajo su poder. por cierto, pero perdemos una gran cantidad de dinero por adelantado porque necesitamos perforar. Y luego es posible que necesitemos un enfriamiento activo continuo para la sección inferior del túnel, que se come (si no cancela) nuestros ahorros por viaje.

Tal tren podría construirse, aunque cavar el túnel sería arduo y costoso. Lo mantendría abierto y recto cuando los terremotos y los movimientos de la tierra tienden a cerrarlo o distorsionarlo.

Tal tren perdería energía por la fricción, tanto con el aire en el túnel como con los rieles u otro mecanismo de soporte para el tren. La fricción del aire podría disminuir considerablemente si el túnel se sellara y se evacuara, de modo que se tratara de un vacío de nivel bastante alto.

La cantidad exacta de energía que se perdería por la fricción depende de los detalles del diseño. Esto a su vez controla hasta qué punto el tren se quedaría corto. Probablemente sea necesario subir la distancia final en el extremo más alejado, pero hasta qué punto dependerá de las pérdidas por fricción.

Las leyes de conservación del impulso establecen que el impulso total es igual al principio y al final, por lo que si el tren se cae y tiene que subir de nuevo, tiene que haber un 100% de eficiencia, por supuesto, lo cual no es posible porque El túnel tendrá resistencia al aire. Sin embargo, si conecta un pequeño motor para darle un poco de impulso, en teoría puede ser posible ir al otro lado. Desafortunadamente, hay un problema mayor, sea cual sea el túnel, tendrá que ser el material más fuerte que se haya conocido para resistir la presión, y estará a cientos de grados a unos pocos kilómetros de la Tierra, por lo que será increíblemente caliente.

Amaba y apreciaba todas las otras respuestas. El problema es uno que encontré hace unos 40 años, probablemente en Halliday y Resnick. Me gustaría responder con una pregunta. ¿Qué significa teóricamente posible en este contexto, porque la respuesta depende de esto?

Cada vez que alguien dice “¿es esto teóricamente posible”, quieren decir, ignorando ciertas dificultades? Por ejemplo, ¿podríamos teóricamente crear un acelerador de partículas que crearía partículas lo suficientemente energéticas como para que las fuerzas electro débiles y fuertes fueran indistinguibles. Una respuesta típica es sí, pero tendría que ser del tamaño de nuestra galaxia. La imposibilidad práctica de hacer esto no es un impedimento.

Pensando en estas líneas, si pudiéramos cavar un túnel a través de la tierra, y si de alguna manera pudiéramos evitar que se derrumbara, y si pudiéramos proteger nuestro tren del calor y si pudiéramos evacuar el túnel para que hubiera una fricción mínima …

Bueno, en ese caso, sí, teóricamente hablando, funcionaría. Por supuesto, prácticamente hablando, no podemos hacer nada de esto. ¿Alguno de estos requisitos es teóricamente imposible? Quizás no lo sé. Es bastante difícil saber que algo es (y siempre será) físicamente imposible, lo cual creo que es el requisito de decir que algo es teóricamente imposible.

Sí, es teóricamente posible.

El truco sería un túnel que cayera unos pocos kilómetros para darle aceleración libre, luego se nivelara para evitar que el túnel se calentara demasiado. Al final del túnel, puedes frenar libremente desde los pocos kilómetros cuesta arriba.

El mayor problema será evitar que el túnel se llene de agua. Bombear agua unos pocos kilómetros es costoso.

Si. Un tren de gravedad es teóricamente posible. No viola ninguna ley de física conocida, y no es lógicamente imposible.

Los problemas son cosas como el costo, la construcción y el mantenimiento. Como cualquier túnel, solo escribe en grande.

Pérdidas significa que el tren no podría caerse libremente al otro extremo del túnel, por lo que necesitaría un motor de algún tipo en alguna parte.