大象有多重,曹冲用船称.地球有多重,人类怎么称的

我们平常要想知道一个东西有多重,经常用到的测量方法就是用称来测量,不管是秤砣类的,还是电子称、台秤等等,都利用的是杠杆原理,即要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1·L1=F2·L2。式中,F1表示动力,L1表示动力臂,F2表示阻力,L2表示阻力臂。在此不再赘述。

而曹冲称象成功的科学原理是“沉浮原理”加“等量原理”。即大象和一堆石头分别在船上平衡时,它们各自的重力等于各自所受的浮力,如果两种情况下,船在水里下沉的深度一样,那么大象与石头的重力一样,在此也不再赘述。那地球多重该怎么称呢?

大象有多重,曹冲用船称。地球有多重,人类怎么称?

我们应该感谢牛顿他老人家的万有引力定律,更应该感谢卡文迪许这个估计多数人都不知道的老头。卡文迪许何许人也,我们下期让你领略一下卡文迪许的不可思议。言归正传,我们来说称地球。

牛顿结合前人的研究成果,给出了万有引力定律,即任何两个物体都是相互吸引的。引力的方向沿着两个物体之间的连线,引力的大小跟两个物体的质量乘积成正比,与它们的距离平方成反比,比例系数叫作万有引力常数,或者叫万有引力常数。用数学公式表示就是万有引力=(物体的质量)x(另一个物体的质量)÷(两个物体的距离的平方)x万有引力常数。遗憾的是牛老师没有给出万有引力常数是多少。

卡文迪许用扭称模型解决了这个难题。他在一根细长杆的两端分别装上一个小铅球,再用石英丝横吊着铅球。如果用两个大一些的铅球靠近,由于产生引力,小铅球就会发生摆动。而石英丝也会跟随扭动,这时只要测量出石英丝的扭转角度,就可以求出引力。然而这个力太小了,当时的仪器根本无法准确测量。直到一天,他在路上看到小孩在玩镜子反射太阳光的游戏。这让卡文迪许大受启发。他在装置上增加了一面镜子,用反射到刻度线上的光线测量石英丝的扭动。这样一来,石英丝的灵敏度大大提高,很快就得出了引力的大小,从而得到了万有引力常数为6.67×10的负11次方。(测量原理涉及力矩平衡,后续再说)

由万有引力定律可知地球的质量=g(R的平方)÷G,其中R为地球的半径(地球的半径怎么知道下下期分解),g为9.8,G为万有引力常数。所以卡文迪许就成了第一个告诉我们地球有多重的人。地铁大概有60万亿亿吨。为了这个数值,他花费了四十多年的时间。

所以认识世界,我们永远在路上……

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