
[問]ABは地球に掘った直線上の細いトンネルである。(添付画像参照)
いま、地球の半径をRの一様な密度ρ、質量Mの球として
トンネル内の質量mの質点の運動を考える。
地表での重力加速度gとして、地球の自転、摩擦および空気の抵抗は無視する。
トンネル内の任意の点で質点に働く重力はOを中心とした半径OP(= r )の球面内の質量がすべて中心Oに集まったとして、それと質点との間の万有引力(万有引力定数G)に等しく、この球面外側の部分は、点Pでの重力には無関係である。
ここで、(地球内部の球の質量)=(4πr^3ρ)/3 となるのはなぜでしょうか。
ρは地球の密度であり地球内部の球の密度ではないはずです。
また私は地球、内部の球の体積をそれぞれV1,V2として
M : V1 = (地球内部の球の質量) : V2
として求めると同じ答えが得られました。

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