测量出地球的重量,可以帮助国家发射火箭,计算成本等等。那么,如何给地球测体重? 其实,地球质量是依靠实验,依据牛顿万有引力定律得出的。 英国科学家亨利.卡文迪许(图片来源于网络) 科学家门都曾尝试各种方法去获得地球的重量,但因测量误差都过大而失败。直到1798年,卡文迪许通过巧妙的设计实验,得出并公布了地球质量。他所用的实验仪器如下所示: 实验的主干部分如图所示: 看似精简的仪器,但是测量精确度是非常非常高的。那么这个实验如何测量地球质量? 小黄球和大蓝球的质量分别是m 和M,它们的球心距离是r。大球和小球之间存在万有引力,是相互吸引的。这时候小球所在的位置会偏离一个角度。平衡式如下: 其中是钢丝线的扭转系数,L是连接两个小球的杆的距离,F是大球和小球之间的万有引力。F 的表达式是: 这个万有引力是非常小的,实际生活中几乎不可能感受到,但是确实存在。 两个小球之间的距离L和小球的偏离角度通过实验测量出来,钢丝扭转系数可以根据钢丝的性质计算出来,也可以认为是已知的。因此根据上面的已知条件可以计算出万有引力常数G, 根据小球所受重力等于地球和小球之间的万有引力,计算出地球的质量是: 获得地球的质量之后就可以计算出其他天体的质量,所以,给地球测体重是十分重要的。 总结一下,卡文迪许测量地球质量的步骤就是先利用大球和小球之间的万有引力测出万有引力常数G,然后用G和小球质量去计算地球质量。 简便的方法,轻而易举得出地球体重。 卡文迪许通过他的实验估计出地球的质量大概是60万亿亿吨,和现有的公认值5.972 10^24 kg很接近。 |
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