地球多重(地球有多少个国家)

地球一共有多重?答:地球质量为5.965*10^24千克,也就是大约60万亿亿吨,英国科学家卡文迪许号称“第一个称量地球的人”,因为他首先通过实验得到了万有引力常数的值。早在公元200多年前,古希腊数学家埃塞托色尼就利用太阳光直射原理,估算出了地球的直径,得到的数值和实际值非常接近。理论上加上地球平均密度就

地球一共有多重?

答:地球质量为5.965*10^24千克,也就是大约60万亿亿吨,英国科学家卡文迪许号称“第一个称量地球的人”,因为他首先通过实验得到了万有引力常数的值。

早在公元200多年前,古希腊数学家埃塞托色尼就利用太阳光直射原理,估算出了地球的直径,得到的数值和实际值非常接近。

理论上加上地球平均密度就可以得到地球质量,但是直到20世纪以前,人类都不知道地球内部的结构,地表岩石的平均密度在3g/cm^3左右,地球平均密度为5.5g/cm^3,因为地球内部有着致密的铁镍核心,密度高达10g/cm^3。

在17世纪,牛顿建立万有引力定律,理论上利用地球半径和表面重力加速度,就可以计算出地球质量。

根据:GMm/R^2=mg;

得到:M=gR^2/G;

但是利用万有引力计算地球质量的方法,依赖于万有引力常数G的数值,牛顿虽然提出了万有引力定律,但是万有引力的强度实在太微弱了,当时的条件很难利用实验得出G的数值。

直到100多年后的1789年,英国科学家卡文迪许利用精密的扭秤实验,首次得到了万有引力常数的值,当时得到的数值为G=6.754×10^-11N·m^2/kg^2,这个测量精度一直保持到1969年,而现在最精确的数值为G=6.67259×10^-11N·m^2/kg^2。

有了万有引力常数的值,我们就可以计算地球质量了:

M=gR^2/G

=9.8*6370^2/6.67259×10^-11

≈5.96*10^24千克

虽然表面重力加速度并不完全等于地球引力产生的加速度,但是计算结果基本与美国物理协会公布的数值5.965×10^24kg基本一致,说明这个计算方法还是有着很高精度的。

值得一提的是,卡文迪许是一位淡泊名利的“科学怪人”,在当时,他的父辈给他留下了一大笔财产,可以说他是一位大富豪,然而他根本不在意这点,甚至金钱对他来说犹如粪土,他本人不善交际,不好言谈,而且终身未婚,唯一的爱好就是做科学研究,把一生献给了科学事业。

传说他的一个朋友,向他介绍了一位贫困潦倒的老者来给他整理图书,希望完事之后给予一定报酬,然而卡文迪许完全忘了付酬金的事,直到朋友提醒他,卡文迪许才急忙解释忘了这事,随即写下一张2万英镑的支票让朋友转交,并询问“2万英镑够吗?”当时就把他朋友吓到了,因为当时2万英镑可以买下一座不错的3层房!

在1871年,卡文迪许的亲戚出资建立了卡文迪许实验室,截至目前为止,该实验室出过30多位诺贝尔奖获得者,有过许多重大的科学发现,比如电子、中子、康普顿效应、电子干涉、脉冲星、超流体、DNA双螺旋的发现等等。

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地球有多重?加上人有多重?

如果我告诉你,你在家里用一个测力器,譬如称体重的电子秤,就能把地球的重量称出来,你信吗?

你肯定不太相信,所以我准备证明给你看。

不过,在讨论地球的重量之前,我想先问你一个问题:

你觉得下面这对哑铃,每一个有多重?

上面明明白白写着2kg,当然是2千克/个,对吗?

如果你觉得对,那你可就错了——实际上它的质量是2千克/个,但在地球上的重量是19.6牛顿/个。

我这样讲你可能会有点懵逼:牛顿不是力学单位吗?怎么能用它来表述重量呢?

然而从科学的角度来说,事实就是如此。

这涉及到质量和重量之间的一种微妙关系,如果不搞清楚这两者的差异,地球的重量将无从谈起。

首先需要明白,“千克”本身就不是重量单位,而是质量单位。尽管在日常生活中我们常常用千克来表述重量,甚至认为质量和重量是等价的,1千克就等于1公斤,可这样理解会出现一个极大的问题:同一个物体会存在两个重量!

这是什么意思呢?

我们不妨思考这样一个问题:

假设月球上有一个菜市场,你去里面买了两斤肉,你得到的肉与地球上的两斤肉大小相等吗?

许多人都认为不相等,因为月球的引力比地球小嘛。

然而正确答案是有可能相等,也有可能不相等,是否相等取决于用什么东西去测量。

如果用传统的杆秤,你得到的肉就与地球上的两斤肉一样大。

杆秤属于天平计,依靠移动秤砣的位置,直到秤杆子保持平衡来测量物体重量。

月球和地球的引力差异对肉和秤砣而言是完全等效的,当秤砣位于刻度为两斤的位置时,无论在地球、月球还是任何星球上,都必须在秤盘里放同样大的一块肉才能让秤杆子保持平衡。

如果用电子秤或弹簧秤,你得到肉就比地球上的肉大6.6倍。

电子秤或弹簧秤属于测力器,依靠压力或者拉力来测量物体重量,测量结果直接受引力强度的影响。月球引力比地球小6.6倍,因而必须在秤盘上放一块比地球上的两斤肉大6.6倍的肉,才能让测量数值达到两斤。

现在你应该明白了,一旦离开地球,用传统称和电子秤去测量同一个物体,会测出两个不同的重量来。

其实根本不需要谈及月球,这个问题在地球的不同纬度上就已经存在了。

众所周知地球其实是椭圆形的,赤道和南北极的引力强度也因此有着微小差异;

同时,地球表面并不光滑,在喜马拉雅山顶和海平面的引力强度也有微小差异;

其次,由于地球在自转,赤道部分具有向外的离心力,会把物体向外甩,这又会导致物体的重量下降。

虽然这些差异加在一起也十分微弱,对买肉而言根本没有任何影响,可是对于科学研究来说却是一件特别尴尬的事情。

为了避免这一麻烦,物理学通常认为传统杆秤或天平秤测量出来的数据是物体的质量,它是一个不变量;物体的重量则为该物体受到的重力大小的度量,由单位牛顿来表示,它是一个可变量。

质量为1千克的物体在地球的引力场中,受到的重力大小为9.8牛顿,因此物体在地球上的重量就是每千克9.8牛顿。质量为2千克的哑铃则是9.8×2=19.6,因此19.6牛顿就是质量2kg的哑铃在地球上的重量。

值得一提的是,重力本质上是不存在的,它只是在万有引力的影响下,存在于物体与地球之间的一种相互作用力,这个作用力的大小对于地球和物体而言是相等的,因为万有引力定律,F1=F2嘛。

同时,根据牛顿第三运动定律,相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。这就意味着物体在地球上会受到每千克9.8牛顿的“向下的”作用力,地球也同样会受到每千克9.8牛顿的“向上的”作用力。

由此可见,每千克9.8牛顿实际上也就是地球的重量,当然,这一重量只限于地面。

假如你站在一个电子秤上面得到了自己的体重为100公斤,质量约等于100千克,那么对你而言地球的重量就是大约980牛顿。

地球的重量对于你和对于一个200kg的胖子而言是不同的,这完全等同于你在地球和月球上的重量不同。

现在知道了地球的重量,那么地球的质量又是多少呢?我们显然无法用任何工具去测量地球的质量,好在我们可以通过万有引力公式反推出地球的质量。

根据万有引力定律,两物体之间的引力大小,与它们的质量成正比,与它们距离的平方成反比。

这意味着我们只要知道两个物体的质量、距离、引力常量,就能计算出它们的引力大小。

万有引力公式为:

F=(Gm1m2)/r2F是引力的大小;G是引力常量;m1、m2是两个物体的质量;r是两个物体的距离(质心与质心的距离,而不是表面与表面)。

从上述公式可看出,我们只要知道G、m1、m2、r这四个数值,就能算出F;那么反过来想,我们只要知道F、G、m2、r这四个数值,当然也就能推算出m1。

这就相当于知道15=3×5,当然就能推算出5=15÷3。

可是在计算地球的质量时,地球引力F、地球半径r、及任意一个物体的质量m2,都是能轻松获取的数值,唯独引力常量G是一个特别麻烦的问题,因为它实在是太微弱了。

不过最终还是被英国物理学家亨利·卡文迪许用一个特别精妙的“扭称装置”测量出来了,G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2。

得到了所有需要的数值,自然也就推算出了地球的质量为5.965×10^24千克,也就是大约60万亿亿吨。

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