稱出地球的重量
我們腳下的大地是個(gè)碩大無比的球體.古希臘時(shí)科學(xué)家用巧妙的方法測出了它的半徑有6400多公里.但是,人們一直不知道這個(gè)巨大的球體有多少重?
地球那么大,那么重,用普通的秤來出地球的重量,那是不可思議的.第一,世界上沒有這樣一桿能稱得起地球的巨秤.其次,誰也無法拿得起這桿秤.就算有一個(gè)力大無窮的大力士能提得起地球,也無法秤我們的地球,因?yàn)槟莻€(gè)能夠稱得起地球的人,站在什么地方去稱地球呢?人們總不能站在地球上稱地球吧!
1750年,英國19歲的科學(xué)家卡文迪許向這個(gè)難題挑戰(zhàn).那么,他是怎樣稱出地球的重量的呢?卡文迪是運(yùn)用牛頓的萬有引力定律稱出地球重量的.根據(jù)萬有引力定律,兩個(gè)物體間的引力與兩個(gè)之間的距離的平方成反比,與兩個(gè)物體的重量成正比.這個(gè)定律為測量地球提供了理論根據(jù),卡文迪許想,如果知道了兩個(gè)物體之間的引力和距離,知道了其中一個(gè)物體的重量,就能計(jì)算出另一個(gè)物體的重量.這在理論上完全成立.但是,在實(shí)際測定中,不必須先了解萬有引力的常數(shù)K.
卡文迪許通過兩個(gè)鉛球測定出它們之間的引力,然后計(jì)算出引力常數(shù).兩個(gè)普通物體之間的引力是很小的,不容易精確地測出,必須使用很精確的裝置.當(dāng)時(shí)人們測量物體之間引力的裝置用的是彈簧秤,這種秤的靈敏度太低,不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求.卡文迪許利用細(xì)絲轉(zhuǎn)動(dòng)的原理,設(shè)計(jì)了一個(gè)測定引力的裝置；細(xì)絲轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,就能計(jì)算出兩個(gè)鉛球之間的引力.然后,計(jì)算出引力常數(shù).但是,這個(gè)方法還是失敗了.因?yàn)閮蓚€(gè)鉛球之間的引力太小了,細(xì)絲扭轉(zhuǎn)的靈敏度還不夠大.靈敏度問題成了測量地球重量的關(guān)鍵.卡文迪許為此傷透了腦筋.有一次,他正在思考這個(gè)問題,突然看到幾個(gè)孩子在做游戲.有個(gè)孩子拿著一塊小鏡子對(duì)著太陽,把太陽反射到墻壁上,產(chǎn)生了一個(gè)白亮的光斑.小孩子用手稍稍地移動(dòng)一個(gè)角度,光斑就相應(yīng)地移動(dòng)了距離.卡文迪許猛然醒悟,這不是距離的放大器嗎?靈敏度不可以通過它來提高嗎?
于是,卡文迪許在測量裝置上裝上一面小鏡子.細(xì)絲受到另一個(gè)鉛球微小的引力,小鏡子就會(huì)偏轉(zhuǎn)一個(gè)很小的角度,小鏡子反射的光就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)相當(dāng)大距離,很精確地知道引力的大小.利用這個(gè)引力常數(shù),再測出一個(gè)鉛球與地球之間的引力.根據(jù)萬有引力公式,計(jì)算出了地球的重量,即為60萬億億噸.現(xiàn)代測量的結(jié)果為59.76萬億億噸.