我来提供一个可靠答案,会悬浮。我能用实物证明。
先把问题变一下,因为是立体世界,假设悬浮在地球上的不是一个铁圈,而是一个空心圆球吧。
那么我们不需要去制造这个圆球,而是我们地球本身就拥有这样一个悬浮圆球,我们脚下踩得就是。
我们先回到地球是空心还是实心的问题。
地球,在太阳系中受到太阳的引力和公转旋转的离心率,处于一个各方引力平衡的失重状态。
地球表面的物体受到整个地球引力的合力,合力的方向指向地球的核心,这个很容易理解。
那么地球中心的物体,受到什么力?
主流科学说,来自整个地球各个方向的巨大压力。
我们就要问了,哪来的压力?什么是压力?一个汤圆,放在掌心,握拳挤压它这是压力。没有手挤压地球,地球只有自身物质间的万有引力。
用初中物理就能画出地球上物质受到的引力方向和大小,从地表到地心,受到的引力合力大小是一个曲线变化的。
我们跳过这一段,直接说地球中心。地球中心的物质根本没有受到任何压力,相反是来自整个地球四面八方向外的引力,引力互相抵消,最终合力为零。地球中心的物质是处于悬浮。
悬浮有两种可能,第一,出现一团圆形物体,与其他物体分离,悬浮于最中心,应该是旋转运动的。他受到的引力平衡无法坠落于任何一个地方。第二,最中心空无,应该是气体汇聚,稍重一点的物体会因为地球自转的离心力甩出。
也就是说,不论地球中心怎么悬浮,地球都应该是一个空心球。
接下来我们就回到这个题目,套在地球上的球壳会怎么样。
我们都知道一个现实地球下面有火山熔浆。这是液体物质,这个熔浆处于什么位置?答案是处于球壳与下一层球表之间。用篮球来理解一下就是处于篮球外壳和内胆之间。
熔浆在内胆和外壳运动不平衡,流动不及时时,受到的压力会造成一边火山喷发,缺少熔浆的另一边地陷。外壳挤压的震动就是地震。
也就是说如果在地球外表之外再造一层铁壳,只要密封得当,大气层起到熔浆的作用,这个铁球壳就稳定悬浮了。关于这个人造球壳受力不稳定,破裂的情况,我们就跳过不提。
…………
关于地球中心说有很多不同的观点。比如三体作品的大刘,有一部科幻,讲了一个地心文明,穿出地心,奔向宇宙的故事。但是大刘在地球球心结构上的论述是粗糙的。那个地心文明直到穿出地表,才接触到海水液体。他就跳过了熔浆这一段。
为什么球胆和球壳之间会出现熔浆呢?
答案是引力。
地表物质下沉类似于压力。而地心物质的引力方向是指向地表。用物理引力知识可以简单算出一个解,地球的地壳很薄,内胆很厚。所以熔浆一般是喷出地表,而不是喷向地心。
熔浆层的受力不是引力合力为零,而是真实腹背受敌的双重挤压力。
压力增加,密度增加,温度升高。
地球总质量大于一定程度的时候,引力带来的温度升高,达到岩石融化的温度就会出现熔浆。
如果另外一个星球,总质量不如地球,在岩浆层位置的温度虽然也高,但是不能成为液体。
大刘说的地心文明如果存在,他们所处的地球一定比我们的地球大,否则没有足够大的球心空间供他们文明生存。一旦拥有这么大的质量就必然会有熔浆层液态区域。
这就解释了当前主流科学。涉及的几个重要问题。
第一地球磁场。
第二地震预测。
地球的磁场来源于地壳和内胆之间的相对转动速度不均衡。外壳和内胆是相对转动的,而不是相对静止。熔浆是润滑剂。这就是说质量小的星球没有熔浆层就不会有整体磁场。这也能够解释为什么地球在地质层上,能够检测到地球磁极变化。
我们现在的地震预测算法,是建立在地球是实心球的基础上。所以我们的测算结果错的离谱,对地球的波测数据总是与理论数据相差极大。
我以前玩贴吧的时候还对空心地球自转轴带来的问题也论述过,反正只要建立在地球空心的基础上,很多结论都不难得出。
比如,地球质量临界值多大才会出现熔浆?不同质量下,熔浆层在地表到地心半径的什么比例位置?地心空间占地球体积的大小比例与地球质量密度的关系?地心文明站在内胆上的重力有多大等等。
如果把这个问题进一步往外推,就是宇宙模型,我们所处的这整个宇宙如果是一片无垠“大地”中的一个气泡,这个气泡像地球球心一样处于引力平衡的悬浮状态,这个气泡收缩膨胀,这样就能够解释很多宇宙的问题。但是,再往下说就是属于玄幻内容。不说了没意思。
捎带提一下古人的智慧,还记得盘古开天地吗?这些神话传说的出现,是建立在古人哲学思考基础上的。这些思考的结果和方向有对有错。但是,对此地球这些文明神话的思考逻辑,我们自豪的发现,中国古人的思考是最成功的。上帝创世的神话逻辑,对此下来就是小白文的水平。
中国古代有玉佩,其中有一种内空的双环形玉佩造型,我猜测可能是空心地球的模型,更可能只是为了好看,没有任何文字记载,能够说明那是古人的地球模型设计。但是如果有古人真这么执着的想过,是会通过生物遗传,把他的想法遗传给后代,后人心血来潮就做出这种玉佩设计的。这一点我在悟空问答的另一个回答中有过论述。
不考虑地球是球体,钢圈是圆形,该命题等价于4万公里长的一个铁棍,离地一米高,两段有支撑,有重力的情况下会怎样。会落地是不是?难道会浮在空中?
我们再来做个思想实验。围绕赤道有一个4万公里长的铁棒,避免杠精,我们假设没有山没有海,是个纯园圆,每隔一米一个柱子用来支撑。我们先撤掉一部分柱子,柱子间隔10米,如果钢圈够坚硬,那么下沉幅度不会很大,我们再撤掉一部分柱子,柱子间隔100米,我们发现,即便钢圈很粗很坚硬也会下沉,甚至接触地面。我们再撤掉一部分柱子,柱子间隔1000米,我们发现即便钢圈再粗再坚硬也会贴着地面了。我们继续撤掉柱子直到最后一根,这就是答案。
理想情况下,不考虑地球自转,认为地球是质量分布均匀的球体,不考虑磁场力,不考虑其他星球的作用,如果钢圈静止悬浮,每部分受地球万有引力都指向地心,钢圈有收缩的趋势,可计算出截面上的应力为长度为6400公里钢圈的重力,假设钢圈能承受这个应力而不溃缩,钢圈的平衡为不稳平衡,在微小扰动下,最终钢圈一处接触地面,钢圈所在的面在赤道面上,保持静止。
实际上,钢圈承受不了如此大的收缩应力,假如收缩应力对称均匀,会直径缩小2米,周长缩短6.28米,最后贴在地面上,保持静止。钢圈口径变粗的量可以忽略。因为收缩应力太大,此过程的时间只略微大于从1米高度处*落体的时间,即0.45秒。
911事件中的世贸大厦钢材在高温下,承受不了压缩应力最终塌缩是一样的道理。
首先我是个一个工学博士一年级在读的学生,其次我接下来的观点只由我本人负责,与学校无关,与父母无关,与国家的教育模式无关。如果要喷请喷我本人,请勿涉及其他人员。
题主的问题思路很明确,只是把刚体用钢材来描述可能会让材料学的同学表示不满。如果只考虑理想状态,我们把不妨把模型简化为一般的刚体模型:把地球简化为一个质点,把绕其一圈的钢材简化为具有绝对刚度不会形变的钢圈,同时把地球的引力场简化为以质点为中心的均匀发散磁场,最后我们把整个模型放置于真空环境中,从理论力学角度来分析,均匀钢圈各个方向上所受的力相互抵消,因此呈现出"悬浮"的状态。
但是,理想实验毕竟属于理想,考虑现实状态,比如地球不是均匀球体,各部分引力常量不同导致引力不同,钢材无法保证绝对刚度。综上,我给出两种情形可供参考:
1.假如钢材具有良好的塑性,那么钢材会被压缩,最终紧贴在地球表面上。
2.假如钢材不具有良好的塑形,且脆性很大,那么钢材会呈现出多段崩塌的状态,以一小段一小段的形式折断后散落在地球表面上。
以上观点仅代表个人看法,如有异议,欢迎讨论。
题主提出的这个问题过于理想化了。这个问题有非常多的条件是无法满足的。
1.首先地球并不是完美的球形,即使整体是个水球,也不能保证高度差一定小于一米。何况由于月球和太阳的引力,地球上潮水的高度相差最大在13到15米。
2.你这个钢圈,钢条的刚度不能保持完美的圆形。在钢圈曲率和地球的理想曲率相等的情况下,钢圈材料的不均匀性,使局部的弯曲变形是必然的。也就是说,钢圈的刚度抵抗不住地球对各个位置引力产生的变形。
3.地球上各个位置的引力大小是不同的。即使在赤道上,各点的引力大小也不一样,所以理想的钢圈受力也不均匀。
4.即使以上条件都能满足理想,地球的质心和铁环的重心也不会在一个点上,因为地球也不是一个质量均匀的球体。更何况由于太阳和月球的引力,再加上地球的自转,地球的质心位置是在随时变化的。地球质心和钢环重心不重合,就不会稳定。
总之这个问题无论在理论上或实际上,都是不成立的。