题目
假设地球是一个完美球体,一条皮带紧紧地绕在赤道上。
现在把皮带长度增加\(1\)米,并让它在整圈范围内与地面保持相同的离地高度。
问:皮带与地面之间的空隙,是否足以塞进一张信用卡?
分析
设地球原半径为\(R\),原皮带长度为\(L_1=2\pi R\)。
加长\(1\)米后,新长度为:\(L_2=L_1+1=2\pi(R+h)\)。
两式相减得:\(1=2\pi h\Rightarrow h=\frac{1}{2\pi}\text{ m}\approx0.159\text{ m}=15.9\text{ cm}\)。
所以皮带会离地约\(15.9\)厘米,远大于信用卡厚度(约\(0.08\)厘米)。
结论:当然可以,甚至能把手指伸进去。
有趣备注
这个题最有趣的地方在于:直觉会觉得“地球太大了,\(1\)米几乎没影响”,但计算结果与地球大小无关。
因为圆周公式是\(C=2\pi r\),当周长增加\(\Delta C\)时,半径只会增加\(\Delta r=\frac{\Delta C}{2\pi}\)。
所以不管是地球、篮球还是硬币,只要“整圈长度都增加\(1\)米”,离地高度都会是\(\frac{1}{2\pi}\)米,约\(15.9\)厘米。