То есть, как только мы поместили шарик в центр полой Земли, нужно рассматривать его относительно Луны, центр которой, фактически их центр масс. Отсюда мы получаем, что [B]шарик движется относительно Луны со скоростью Луны относительно Земли на том же расстоянии[/B].[/QUOTE]
Не понятно.
Шарик находится внутри оболочки Земли, а Земля вокруг Луны не движется. Следовательно шарик не может двигаться вокруг Луны по орбите с космической скоростью - оболочка Земли мешает. И у шарика нет достаточной скорости, чтобы удержаться на орбите вокруг Луны. Значит шарик будет падать на Луну, до тех пор, пока не столкнется с оболочкой Земли, и будет по ней катится следом за Луной, которая движется вокруг Земли (точнее вокруг ЦМ).