在3個世紀前,地球質量是如何被測算出來的?

2020-11-22 網易新聞

2020-11-03 23:56:07 來源: 人類未解之謎

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  在三個世紀前,地球質量是如何被測算出來的?自從牛頓提出萬有引力定律之後,便意識到只要知曉引力常數,再結合當時已知的重力、加速度和地球半徑數據,就可以精確測得地球質量,然而引力常數的測定卻是個大難題,使得此後的一百一十一年間,無數科學家絞盡腦汁,但都以失敗告終。

  

  
直到一七九七年,英國物理和化學雙修的科學家亨利卡文迪許通過一項巧妙的實驗,成功攻克了這個難題,這就是著名的卡文迪許扭秤實驗,他將兩顆小鉛球分別固定在一根木桿的兩側,並使用一根石英絲將木桿懸掛起來,然後將兩顆大鉛球分別固定在兩顆小鉛球旁邊。

  

  
根據牛頓定律,鉛球之間因為相互的引力作用會導致小鉛球發生偏移,帶動木桿和石英絲旋轉。當旋轉到一定角度,便會因為石英絲轉動扭矩的反作用力而停止住,這時卡文迪許就可以通過扭秤轉動的角度,結合石英絲扭矩、力矩大小、鉛球的重量的數據,得出引力常數。
然而由於鉛球之間的引力太過微弱,根本無法達到觀測要求,於是卡文迪許又想到了一個絕妙的方法,他在扭車上安裝了一個可以跟隨轉動的反光鏡,正所謂失之毫釐,差之千裡,只要光線反射得足夠遠,即便扭秤極其微弱的轉動,反射光也會在遠處發生明顯的偏移,從而解決了觀測難題。

  

  
最終卡文迪許通過該實驗成功得到了引力常數的確切數值,並將引力常數套入萬有引力公式,便精確測算出了地球的質量五點九六五乘以十的二十四次方千克,也就是我們現在所說的六十萬億億噸。

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