地球有多重?科学怪人巧“称”之(上)

—— 万有引力发现之后(二)
作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-05-31

地球有多重?那就要看科学家们的脑洞有多大了?

        奇怪的富翁

  18世纪中叶,欧洲有一个奇怪的百万富翁。

  虽然继承了家族的遗产,但他从来没清点过自己有多少钱。

  他不像其他富翁一样花天酒地,到处找女人。

  他不修边幅,生活单调而无趣,也从不考虑自己的婚姻大事。

  他没有什么朋友,总是独来独往。他每天要么在实验室和图书馆,要么就在实验室和图书馆的路上。

  他叫亨利·卡文迪什,出生于法国尼斯的英国人。他30岁时被选为英国皇家学会会员,同时被聘为法国科学院的外国院士。

80329424b4ee43f6b58dd16cd1e16f61

亨利·卡文迪什画像(网络图)

  与许多科学家不同的是,尽管卡文迪什在化学、物理等学科上进行过许多深入的研究,不少还具有独创性,但他很少把这些成果发表出来。

  山穷疑无路

  从十多岁起,卡文迪什就有个伟大的理想,就是用万有引力定律来“称一称”地球有多重。

  之所以说伟大,是因为自牛顿发现万有引力之后一百多年来,数不清的科学家都有这理想,但无一实现。

  数不清的科学家里面,也包括牛顿本人。

  那么,是不是牛顿以前的科学家就不想“称”地球有多重?

  当然不是。

 牛顿以前的科学家们用另一种方法“称”地球。根据球体积公式图片1用已知地球的半径,推算出地球的体积是1.08×1021立方米。根据质量=密度×体积(m=pv),要得到地球的质量,只需测出地球的平均密度就行了。

  但是,要测地球的平均密度,并非易事。

  一是地壳表面有高山、冰地、海洋等,情况复杂;二是构成地球的物质各不相同,比例也不一样……人们对地球的内部构造还不很清楚,特别是地心部分。

图片1

地球的构造(网络图)

  “人类将永远无法知道地球的重量!”对此,科学家提出断言。

  山穷疑无路之时,万有引力定律横空出世。

  花明又一村

  不愧是天才,牛顿居然从一个砸到头上的苹果推出著名的万有引力定律:图片6

  黑夜中的一丝曙光照进了牛顿及许多科学家的心田。

  是这样的:M、m是已知物体受到的重力,很容易测得;r是地球与物体之间的距离,可以用地球的半径近似值代替;只要算出万有引力常量(G),就可以推算出地球的重量(F)。

  关键的关键,就是如何通过地面上两个小物体求出万有引力常量。

  这似乎是一块更难啃的骨头。

  这样说吧,既然任何两个物体间都存在着万有引力,为什么我们走近桌子、房子等物体时,感觉不到这个力呢?

  因为这个力实在太小了,小得只有物体重量的千万分之一。

图片2

  地球上的两个人之间存在微弱的引力(网络图)

  所以,要感觉到这个力,只有让其中一个物体变重,重得与地球、月亮一样。

  这样的物体没法引入实验。

  要测出这么微弱的引力,只有一条路,就是设计非常精巧的实验。

  这就是牛顿之后一百多年来,所有科学家的困惑。

  卡文迪什也不例外。那他到底要怎么“称”地球呢,敬请关注《地球有多重?科学怪人巧“称”之(下)》

扫码加蝌蚪五线谱微信