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地球有多重?——答案你一定想不到!因为是——0!
01阿基米德的杠杆原理
阿基米德有一句名言:给我一个支点。我可以撬动整个地球!
大家都知道这是使用了杠杆原理:
F1×L1=F2×L2
F1和F2分别是动力和阻力。L1和L2分别是动力臂和阻力臂。
从公式中可以看出来。当等式的一边固定时。另一边的力和力臂成反比——力臂越长。力越大!
所以。只要力臂足够长。那么任何人都可以撬动一个很大重力的物体!
那么。如果对象是地球呢?
地球有多重呢?
02地球有多重
地球其实是处于失重状态的。
通俗的讲:因为地球其实可以算是“漂浮”在宇宙空间中的。既然是漂浮。那么当然很“轻”了!
地球的重力本应该等于太阳对它的万有引力。但是。由于地球在绕着太阳做圆周运动。这个引力去提供向心力了——所以。地球处于完全失重的状态!
因此。地球有多重?——答案是。0!
这就是引力和重力的区别。重力只是一种效果力。完全失重。重力就是0;当我们从高空自由落下的时候。也是处于完全失重状态。我们的重力也是0!
03“地球有多重”的这个“重”应该改一改。改为“质量”。
抛开重力和引力的问题。可能提问者要问的其实是:地球的质量有多大。
这是有个测量值的:5.965×10^24千克。也就是5.965亿亿亿千克。
那么。这个数据是如何测量出来的呢?
首先。它是由万有引力定律计算得到的:
如果我们知道F(地球上一个物体所受的万有引力大小)。G(万有引力常量)。m(该物体的质量)。R(地球半径)就可以计算出地球质量M。
F。m。R都非常好测量。G比较难测量。
G的测量
G最早是由卡文迪许利用扭秤实验来测得的。卡文迪许在库仑扭秤的基础上做了更多的改进。引入其他方法。放大更多倍数。
卡文迪许用铅球替代原来的小球(增加质量。增大引力)。并且把实验装置全部扩大(因为L1越大。放大倍数就越高);而且在钢丝上加上一面镜子。用一束光照射到镜子上。再反射到很远的墙壁上。
这样的话。扭秤转动一点点距离。光斑就会移动很多的距离——从而又进行了一次放大(实验中是用望远镜来观察的)。
下面把简化的计算过程和实验示意图放在一起展示:
卡文迪许所测量的万有引力常量G的数值为 6.754×10N·m^2/kg^2。而现代值的前四位数为6.672——所以。卡文迪许的实验精度是非常高的。
测量出了G。那么地球质量就可以轻松算出来了!
就是上面说的。将近6亿亿亿千克!
04结论
所以。如果说的是重力:那么地球的重力为0!
如果说的是质量。那么地球的质量是6亿亿亿千克!
我是宇宙物理学。这就是我的回答!
其他观点:
地球没有重量。只有质量。
重量是一个变动的量。在不同的重力环境下。物体的重量是不一样的。地球当然也不例外。
地球现在漂浮在太空。处于失重状态。也就是没有重量的状态。但地球的质量是确定的。无论在什么重力状态下都一样。
要弄明白这个问题。我们首先要弄清什么是重量。什么是质量。
重量是重力作用下物体的度量。也就是引力导致的物体度量。引力或者重力越大。物体的度量就越大。
重量的单位为牛顿。符号为N。在地球重力状态下。1公斤质量的物质产生的重量为9.8牛顿(N)。
而质量是物体的量度。是物体的量的表示。这种量在什么重力条件下都不变。
在不同的星球。物体的重量会改变。但质量不变。因为衡量质量的度量衡为天平。在天平的两端。一千克的棉花和一千克的黄金是平衡的。根据爱因斯坦只能质能方程。它们蕴含的能量是等价的。
所以。我们不能说地球有多重。而应该说地球的质量是多少。
这个扭秤当然不是做一杆大秤。真的称一称地球的重量。其原理是建立在牛顿的万有引力定律基础上的。
万有引力是一种弱力。又是长程力。引力大小遵循引力作用双方质量乘积成正比。与双方距离平方成反比的规律。
在牛顿万有引力理论出台后的一百多年。没人能够得出引力常数的值。卡文迪许经过几十年努力。终于得到了精确值。
他的扭秤实验的重大革新在于通过镜面放大了微弱的引力效应。使实验能够精确的记录。
这个实验的基本做法是:在一根长6英尺(约合1.83米)的木棒两头。固定住两个小金属球。形成一个哑铃样杠杆。中间用金属线悬吊起来。再将两个350磅的铜球放在小金属球附近。然后观察引力对它们的影响。
这么微弱的引力当然很难观测到。但聪明的卡文迪许用镜子放大了这种效应。小金属球微弱的移动被镜子反射到很远的地方。放大了许多倍。这样就能清晰的看到其移动的刻度。
在此基础上。卡文迪许计算出了地球的密度和质量。得到地球质量为5.977x10^24kg的结果。与现代精确值5.965x10^24千克基本吻合。
现代。科学家们对引力常量的研究和观测越来越精准。2018年。中国罗俊团队经过30年的努力。得出了世界上最精准的引力常量。误差率小到万分之一。
这样地球的质量就越来越精准。
就是这样。欢迎讨论。
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其他观点:
关于地球有多重。这个问题对于没有上过高中。或者上了高中但学的是文科的朋友来说确实会有点难的!
因为我们一般认为某个物体有多重。是利用了杆杆平衡原理比较被测物与标准物的质量关系而得到的结果!
显然。这种方法无法用于称量地球的质量。因为我们没法找到一杆这么大的称。也没有合适的标准物!虽然。有位叫阿基米德的大牛说给他一个支点。他能撬动地球。显然他吹牛吹大了!不过精神可嘉!
那么我们有什么办法可以得到地球的质量呢?
我们的先辈在2000多年以前就比较准确的得到地球的半径。大约6400公里!
知道了地球的半径。也就知道了地球的体积。所以只需知道地球的密度就可以了。英国曾经耗费巨资来测量地球的平均密度!最后确实得到了比较准确的数字了!
实际上。牛顿的万有引力定律就给我们提供了一个测量地球质量的方法!即知道地球表面的重力加速度g。结合地球的半径R!还加上一个引力常数G。就可以算出地球的质量来!
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评论(2)
地球,质量,引力,重力,扭秤,物体,万有引力,测量,重量,力臂
没想到大家都对请问地球有多重?感兴趣,不过这这篇解答确实也是太好了
地球有多重?——答案你一定想不到!因为是——0!01阿基米德的杠杆原理阿基米德有一句名言:给我一个支点。我可以撬动整个