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  • 1 # 使用者7698895345900

    阿基米德有一句名言:給我一個支點,我能撬動地球。他是用這句話來說明槓杆定律的,但是,如果那時他知道地球的質量的話,可能就不會發出此豪言壯語了。

    偉大的科學家牛頓發現了著名的萬有引力定律,找到了測量地球質量的途徑。根據萬有引力定律,兩個物體間引力的大小與物質的質量成正比,與距離的平方成反比,比值恆定為一個常數,這就是引力常數。因為人們早已準確地知道了地球的大小,只要精確地測出引力常數值,就能計算地球質量。不過,由於沒有精密的測量儀器,牛頓的嘗試沒有成功。

    英國科學家卡文迪什用改進的扭力天平完成了測量。扭力天平的構造是,在一根木棒的兩端分別繫上金屬小球,像一個啞鈴那樣,然後把它懸掛在一根金屬絲上。兩個小球的旁邊對稱放置兩個鉛球,鉛球與小球間的引力使啞鈴轉動,金屬絲扭曲。啞鈴兩臂末端和大球側面均裝有刻度標尺,這樣便可測出細微扭曲的大小。為了不受空氣流的干擾,扭力天平被置於空屋中。由於引力很小,扭曲也非常小,準確測量十分困難。為了便於觀察,卡文迪什用反光鏡將細微的扭曲放大,從而使天平的靈敏度大大提高。在1798年,卡文迪什第一個測出了地球的質量,得到的數值是60*10^24kg,當今科學家測量出的地球質量為5.978*10^24kg,兩者之差只有0.22*10^24kg,其準確度相當高。卡文迪許也因此被譽為“第一個稱出地球的人”,卡文迪什的扭力天平實驗被稱為科學史上最美麗的物理學實驗之一。

    地球的質量確定後,科學家也用萬有引力定律來測定太陽和其他行星的質量。地球和太陽之間的萬有引力就等於引力常數與太陽質量和地球質量的乘積,再除以地球和太陽兩者之間距離的平方,這一引力與地球赤道附近使地球環繞太陽旋轉的向心力相等。該向心力等於地球質量乘以速度的平方再除以地球到太陽的距離。利用天文學家測得地球至太陽的距離,就可以得出地球圍繞太陽旋轉的速度,從而計算出太陽的質量。

    假設阿基米德的臂力使他可以直接舉起60kg(準確地說是59.78kg)的物體,要以槓桿撬動地球,長臂為短臂的1023倍。因此阿基米德僅僅移動地球1mm,就需要站在1020m之外了,這麼遠的距離即使光也要走1萬年。

    最近,美國的一個研究小組仿效18世紀科學家所做的扭力天平,重新測量了引力常數,得出的地球質量為5.972*10^24kg,地球似乎變輕了少許。

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