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在牛顿的时代。地球的质量是未知的。如果能够测出地球的质量。将会是一项了不起的发现。牛顿认为。通过万有引力定律的公式。就可以计算出地球的质量。于是他就开始着手这方面的研究工作。
这是为什么呢?原因就是引力非常非常的微弱。举个简单的例子。一块小小的磁铁。就可以把一枚回形针吸离地面。这说明这块磁铁产生的电磁力。比整个地球对这枚回形针产生的引力还要强。
而牛顿需要测量的是地球上两个物体之间产生的引力。大家可以想象一下这个引力是多么的微弱。可以说以当时的科技水平。很难测出这么小的力。
对此。牛顿以及其他科学家想了很多办法。设计了不少的实验。
所以这些实验都无一例外地失败了。“如何测出地球质量”这个问题。就成了一个牛顿无法解决的科学难题。甚至在牛顿去世后的几十年里。科学家都还是对这个问题一筹莫展。
18世纪中期。科学家发明了一种新的测力方法。他们用一根细丝将一枚很细的针吊起来。然后通过测量细丝的扭动程度来计算力的大小。
很显然。这种方法可以测量到很小的力。英国物理学家亨利.卡文迪许(Henry Cavendish)决定利用这种方法来测量两个物体间的引力。
因为引力实在是太弱小了。尽管这种新的测力方法比之前精密了不少。但还是远远达不到测量引力的标准。亨利.卡文迪许也为此苦恼不已。直到有一天。他无意中看到了一种小孩的游戏。
这种小孩的游戏。我们小时候都玩过。就是用一面镜子将太阳光反射到墙上。我们只要轻轻晃动一下手中的镜子。墙上的光斑就会出现大幅度的移动。
根据这个游戏的原理。他将一面很小的镜子固定在细丝上。然后用一束光线照射在镜子上。接着调整镜子的角度。使光线反射到一个刻度尺上。通过这种设计。细丝只要有一点轻微的扭动。就可以造成刻度尺上的光斑出现比较明显的变化。从而被实验者观测到。
直到1798年。亨利.卡文迪才准确地测出了引力常量。并通过牛顿的万有引力公式。计算出地球的质量为5.965 x 10^24 kg(约60万亿亿吨)。
在那个时候。他已经有67岁了。由此可见地球质量的测量过程是多少的艰辛!
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其他观点:
物理学的神奇之处就在于。一个相当复杂的东西可以用一个简单的方程很好地描述。在引力作用下。方程为:
你还需要一个体重秤。站上去。看到你的重量(F)。G是引力常数。它是通过几十年的仔细实验确定的(G≈6.67×10-11N·m²/kg²)。
我们也知道一个人站在地球表面离行星中心有多远(大约6371千米)。所以我们只需要知道你的质量。然后我们就可以计算出地球的质量。
要知道一个人的质量只需要计算他身体里所有的原子。好像又变成一个复杂的问题。作为另一种选择。也许我们可以用一块更容易估计它所含原子数的材料。
比如用一升的水。由于水的密度是1克每立方厘米。很容就知道这一升的水是1kg。公式一带就出结果了。
没法确定一升是多少吧。再来一个简单一点的。我们仍然用这个体重秤来解决问题(尽管是以一种破坏性的方式)。
原来。物体因重力而加速的速度称为g。它取决于物体的质量。就地球而言。我们有:
所以。你可以打开浴室的窗户。把磅秤扔出窗外。数一数撞到地上需要多少秒。然后测量从窗户到地面的距离。通过S=1/2at^2。你就可以计算出体重秤的加速度(9.8m/s^2)。
知道地球表面g的这个值。加上称到地球中心6731千米的距离。你就可以计算出地球的质量是6 x 10^24千克。
不要为体重秤毁坏而懊恼了。因为你决绝了一个牛顿都没解决的问题。
其他观点:
这些都是科学家的计算方式?在老百姓的答案中是:三下五÷二也就是要的答案
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评论(2)
引力,地球,质量,测量,细丝,亨利,计算出,物体,就可以,刻度尺
没想到大家都对地球的质量约为5.965×10^24kg,科学家是通过什么方法测量出地球质量的?感兴趣,不过这这篇解答确实也是太好了
在牛顿的时代。地球的质量是未知的。如果能够测出地球的质量。将会是一项了不起的发现。牛顿认为。通过万有引力定律的公式。就可