称出地球的重量
我们脚下的大地是个硕大无比的球体.古希腊时科学家用巧妙的方法测出了它的半径有6400多公里.但是,人们一直不知道这个巨大的球体有多少重?
地球那么大,那么重,用普通的秤来出地球的重量,那是不可思议的.第一,世界上没有这样一杆能称得起地球的巨秤.其次,谁也无法拿得起这杆秤.就算有一个力大无穷的大力士能提得起地球,也无法秤我们的地球,因为那个能够称得起地球的人,站在什么地方去称地球呢?人们总不能站在地球上称地球吧!
1750年,英国19岁的科学家卡文迪许向这个难题挑战.那么,他是怎样称出地球的重量的呢?卡文迪是运用牛顿的万有引力定律称出地球重量的.根据万有引力定律,两个物体间的引力与两个之间的距离的平方成反比,与两个物体的重量成正比.这个定律为测量地球提供了理论根据,卡文迪许想,如果知道了两个物体之间的引力和距离,知道了其中一个物体的重量,就能计算出另一个物体的重量.这在理论上完全成立.但是,在实际测定中,不必须先了解万有引力的常数K.
卡文迪许通过两个铅球测定出它们之间的引力,然后计算出引力常数.两个普通物体之间的引力是很小的,不容易精确地测出,必须使用很精确的装置.当时人们测量物体之间引力的装置用的是弹簧秤,这种秤的灵敏度太低,不能达到实验要求.卡文迪许利用细丝转动的原理,设计了一个测定引力的装置；细丝转过一个角度,就能计算出两个铅球之间的引力.然后,计算出引力常数.但是,这个方法还是失败了.因为两个铅球之间的引力太小了,细丝扭转的灵敏度还不够大.灵敏度问题成了测量地球重量的关键.卡文迪许为此伤透了脑筋.有一次,他正在思考这个问题,突然看到几个孩子在做游戏.有个孩子拿着一块小镜子对着太阳,把太阳反射到墙壁上,产生了一个白亮的光斑.小孩子用手稍稍地移动一个角度,光斑就相应地移动了距离.卡文迪许猛然醒悟,这不是距离的放大器吗?灵敏度不可以通过它来提高吗?
于是,卡文迪许在测量装置上装上一面小镜子.细丝受到另一个铅球微小的引力,小镜子就会偏转一个很小的角度,小镜子反射的光就转动一个相当大距离,很精确地知道引力的大小.利用这个引力常数,再测出一个铅球与地球之间的引力.根据万有引力公式,计算出了地球的重量,即为60万亿亿吨.现代测量的结果为59.76万亿亿吨.