地球的资料 地球的资料简介50字( 四 )


人们都非常想知道:地球的质量是多少呢?
问题似乎不难,只要知道地球的密度就可行了,质量=体积×密度 。
然而,地球各组成部分的密度并不相同,差别很大 。另外,地球中心的密度根本没办法知道 。
所以有人断言,“人类永远不会知道地球的质量! ”
首先向这句话发起挑战的是大科学家艾萨克·牛顿(Isaac Newton,1643~1727年) 。
1687年 , 他提出了万有引力定律:“任何两个物体都是互相吸引的,引力大小与这两个物体质量的乘积成正比 , 与它们中心距离的平方成反比 。”
牛顿的万有引力定律
理论上讲,可以预先设定一个物体的质量m1,并预设这个物体和地球的距离r,如果能测出地球和这个物体间的引力F1=F2,地球的质量就可以根据万有引力定律的公式计算出来了 。
然而,在公式中还含有一个比例系数G , 被称为“引力常数” 。
如果确定不了引力常数G , 这一计算是没有办法完成的 。
显然,要“称出地球的质量”,关键是先要确定引力常数G 。
那么,怎样去确定这个引力常数G呢?
至少有两个办法,一个办法是预设两个物体的质量(m1、m2)和距离r , 再直接测定这两个物体间的引力F1=F2,就能确定引力常数G 。
另一个办法是“铅垂线偏向法”,测定大山附近铅垂线在引力作用下的偏转角度,也就是说,确定r的变化,这样也能确定引力常数G 。
牛顿采用第一个方法,精心设计了几个实验,可惜都失败了 。
他经过粗略的推算发现,一般物体之间的引力太微小了,根本测不出来 。
牛顿没有去尝试“铅垂线偏向法” 。他去世以后,不断有人去尝试这一方法 。
例如 , 1750年,法国科学家布格尔到厄瓜多尔的琴玻拉错山进行测量;
1774年,英国科学家马斯基林在柏斯郡的一座陡峭悬崖上进行测量 。
但由于山风和各种振动的影响都远远超过山体和铅球之间的微小引力,他们的实验没有取得任何有意义的数据 。
英国科学家米歇尔(John Michell,1724~1793年)对天文学、地质学、光学和重力研究都十分热衷 。为了测定物体间的引力,他在晚年时设计了一台扭称 。
然而,没等开始实测 , 他就去世了 。去世前,他把这台扭称送给了好朋友亨利·卡文迪许(Henry Cavendish,1731~1810年) 。
他知道,卡文迪许也在想办法测量引力 。

米歇尔设计的扭称示意图 卡文迪许改进的扭称示意图
(图片来源:公共网络)
卡文迪许在古老城堡里进行观测(图片来源:公共网络)
英国科学家卡文迪许热衷于化学和物理学研究 , 做了很多著名的实验,如制取氢气、燃烧氢气得到水等 。
他从米歇尔那里得到扭称后,进行了改造 , 增加了一个反光镜,可以测到扭称的微小转动 。
为了避免环境干扰,卡文迪许把扭称安装在一个古老城堡里 , 并从屋外进行观测 。
经过几年的观测和计算,1798年,卡文迪许公布了他测定的引力常数值 , G=6.67×10?11N·m2/kg2,然后他计算出了地球的质量是
5.96×1024 kg,约为60万亿亿吨 。
这一数值非常接近现代的测量值:5.965×1024 kg 。
卡文迪许被誉为“第一个称地球的人” 。他还进一步计算出地球的平均密度是5.448 g/cm3 。

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