Кто взвесил землю. Сколько весит земля

Как взвесить Солнце?

В повседневной жизни тяготение тел друг к другу (кроме силы тяжести) неощутимо. Слишком ничтожно мала гравитация (т. е. тяготение) по сравнению с другими силами. Лишь исполинские массы Земли и других космических тел создают иллюзию мощности тяготения. Но только очень тонкими экспериментами удается измерить, как притягивают друг друга небольшие тела.

Первый успешный опыт такого рода был проделан еще в 1798 г. соотечественником Ньютона Г. Кавендишем (1731-1810). Его установка, получившая название крутильных весов (рис. 34), состояла из двух маленьких шариков (в), соединенных стержнем, который подвешивался на кварцевой нити. Вблизи этих шариков Кавендиш помещал два массивных свинцовых шара (В). Эти шары, притягивая концы стержня, закручивали кварцевую нить. По закручиванию нити можно вычислить силу притяжения F. По закону тяготения

где m 1 и m 2 - массы маленьких шариков, r - расстояние между ними и большими шарами, a G - коэффициент пропорциональности, называемый постоянной тяготения, значение которого можно определить из указанной формулы:

Зная G и используя закон тяготения, можно определить массу Земли и других космических тел. В самом деле, пусть масса Земли М. Тогда любое тело массой т притягивается Землей с силой

где R - радиус Земли. Отсюда масса земного шара равна

Подставив в формулу известное значение величин, получим

По закону тяготения Земля и Луна обращаются вокруг общего центра тяжести С, который лежит внутри Земли. Обозначим его расстояние до центра Земли буквой х. Тогда по законам механики

где М - масса Земли, m - масса Луны, а r - расстояние между ними. Из-за движения Земли вокруг точки С меняется астрономическая долгота Солнца (по сравнению с той, которая была бы при отсутствии такого движения). Точные астрономические измерения приводят к выводу, что х = 4635 км и, следовательно,

"Взвесив" Луну, или, точнее говоря, определив ее массу, можно перейти к "взвешиванию" Солнца. Пусть некоторая планета массой т имеет спутник массой m 1 . Массу Солнца обозначим М, а периоды обращения планеты вокруг Солнца и спутника вокруг планеты соответственно Т и T 1 . Тогда по уточненному третьему закону Кеплера следует:

где а и a 1 - полуоси орбит планеты и спутника. Так как масса планеты мала по сравнению с массой Солнца, а у спутника много меньше, чем у планеты, приходим к приближенному равенству

Как взвесили Землю?

Существует анекдотический рассказ про наивного человека, которого всего более удивляло в астрономии то, что ученые узнали, как звезды называются. Если говорить серьезно, то наиболее удивительным достижением астрономов должно, вероятно, казаться то, что им удалось взвесить и Землю, на которой мы живем, и далекие небесные светила. В самом деле: каким способом, на каких весах могли взвесить Землю и небо?

Рис. 87.

Начнем со взвешивания Земли. Прежде всего отдадим себе отчет, что следует понимать под словами «вес земного шара». Весом тела мы называем давление, которое оно оказывает на свою опору, или натяжение, которое оно производит на точку привеса. Ни то, ни другое к земному шару неприменимо: Земля ни на что не опирается, ни к чему не привешена. Значит, в таком смысле земной шар не имеет веса. Что же определили ученые, «взвесив» Землю? Они определили ее массу. В сущности, когда мы просим отвесить нам в лавке 1 кг сахара, нас нисколько ведь не интересует сила, с какой этот сахар давит на опору или натягивает нить привеса. В сахаре нас интересует другое: мы думаем лишь о том, сколько стаканов чая можно с ним выпить, другими словами, нас интересует количество заключающегося в нем вещества.

Но для измерения количества вещества существует только один способ: найти, с какой силой тело притягивается Землей. Мы принимаем, что равным массам отвечают равные количества вещества, а о массе тела судим только по силе его притяжения, так как притяжение пропорционально массе.

Переходя к весу Земли, мы скажем, что «вес» ее определится, если станет известна ее масса; итак, задачу определения веса Земли надо понимать как задачу исчисления ее массы.

Опишем один из способов ее решения (способ Йолли, 1871). На рис. 88 вы видите очень чувствительные чашечные весы, в которых к каждому концу коромысла подвешены две легкие чашки: верхняя и нижняя. Расстояние от верхней до нижней 20-25 см. На правую нижнюю чашку кладем сферический груз массой m v Для равновесия на левую верхнюю чашку положим груз т 2 . Эти грузы не равны, так как, находясь на разной высоте, они с разной силой притягиваются Землей. Если под правую нижнюю чашку подвести большой свинцовый шар с массой М, то равновесие весов нарушится, так как масса т ь будет притягиваться массой свинцового шара М с силой F u пропорциональной произведению этих масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния d, разделяющего их центры:

где к - так называемая постоянная тяготения,

Рис. 88. Один из способов определения массы Земли: весы Йолли

Чтобы восстановить нарушенное равновесие, положим на верхнюю левую чашку весов малый груз массой п. Сила, с которой он давит на чашку весов, равна его весу, т. е. равна силе притяжения этого груза массой всей Земли. Эта сила F равна

где Mg - масса Земли, a R - ее радиус.

Пренебрегая тем ничтожным влиянием, которое присутствие свинцового шара оказывает на грузы, лежащие на верхней левой чашке, мы можем написать условие равновесия в следующем виде:

В этом соотношении все величины, кроме массы Земли Mg, могут быть измерены. Отсюда определим Mg . В тех опытах, о которых говорилось, М = 5775,2 кг, R = 6366 км, d = 56,86 см, т 1 = 5,00 кг и п = 589 мг.

В итоге масса Земли оказывается равной 6,15 х 10 27 г.

Современное определение массы Земли, основанное на большом ряде измерений, дает Mg = 5,974 х 10 27 г, т. е. около 6 тысяч триллионов тонн. Возможная ошибка определения этой величины не более 0,1 %.

Итак, астрономы определили массу земного шара. Мы имеем полное право сказать, что они взвесили Землю, потому что всякий раз, когда мы взвешиваем тело на рычажных весах, мы, в сущности, определяем не вес его, не силу, с какой оно притягивается Землей, а массу : мы устанавливаем лишь, что масса тела равна массе гирь.

Земля - уникальная планета солнечной системы. Она не самая маленькая, но и не самая крупная: занимает пятое место по габаритам. Среди планет земной группы она является крупнейшей по массе, диаметру, плотности. Планета располагается в космическом пространстве, и узнать, сколько весит Земля, сложно. Ее же нельзя положить на весы и взвесить, поэтому об ее весе говорят, суммируя массу всех веществ, из которых она состоит. Приблизительно этот показатель равен 5,9 секстиллиона тонн. Чтобы понимать, какая это цифра, можно ее просто математически записать: 5 900 000 000 000 000 000 000. От этого количества нулей как-то рябит в глазах.

История попыток определения размера планеты

Ученых всех веков и народов пытались найти ответ на вопрос о том, сколько весит Земля. В древние времена люди предполагали, что планета - это плоская тарелка, которую держат киты и черепаха. В некоторых нациях вместо китов были слоны. В любом случае разные народы мира представляли планету плоской и имеющей свой край.

Во времена Средневековья представления о форме и весе изменились. Первым, кто заговорил о сферическом виде, был Дж. Бруно, однако, за свои убеждения его казнила инквизиция. Другой вклад в науку, который показывает радиус и массу Земли, внес путешественник Магеллан. Именно он предположил, что планета круглая.

Первые открытия

Земля - физическое тело, имеющее определенные свойства, среди которых есть и вес. Это открытие позволило начать самые разные исследования. По физической теории вес - это сила действия тела на опору. Учитывая, что Земля не имеет никакой опоры, можно сделать вывод, что у нее нет веса, а вот масса имеется, и большая.

Вес Земли

Впервые определить размер планеты пытался Эратосфен - древнегреческий ученый. В разных городах Греции он проводил замеры тени, а после сравнивал полученные данные. Таким образом он пытался рассчитать объем планеты. После него провести вычисления пытался итальянец Г. Галилей. Именно он открыл закон свободного тяготения. Эстафета по определению того, сколько весит Земля, была принята И. Ньютоном. Благодаря попыткам сделать замеры, он открыл закон гравитации.

Впервые определить, сколько весит Земля, удалось шотландскому ученому Н. Мэкелин. По его вычислениям масса планеты составляет 5,9 секстиллионов тонн. Сейчас этот показатель увеличился. Различия в весе связано с оседанием на поверхности планеты космической пыли. Примерно тридцать тонн пыли ежегодно остаются на планете, делая ее тяжелее.

Масса Земли

Чтобы точно узнать, сколько весит Земля, необходимо знать состав и вес веществ, из которых состоит планета.

1. Мантия. Масса этой оболочки составляет примерно 4,05 Х 10 24 кг.
2. Ядро. Эта оболочка весит меньше мантии - всего 1.94 Х 10 24 кг.
3. Кора земная. Данная часть очень тонкая и весит всего 0,027 Х 10 24 кг.
4. Гидросфера и атмосфера. Эти оболочки весят 0,0015 Х 10 24 и 0,0000051 Х 10 24 кг, соответственно.

Сложив все эти данные, получаем вес Земли. Однако по разным источникам масса планеты различна. Так сколько весит планета Земля в тоннах, и сколько весят другие планеты? Вес планеты составляет 5,972 Х 10 21 т. Радиус - 6370 километров.

На основе принципа гравитации можно с легкостью определить вес Земли. Для этого берется нить, и на нее подвешивается маленький груз. Его местоположение определяется точно. Рядом размещают тонну свинца. Между двумя телами возникает притяжение, из-за которого груз отклоняется в сторону на незначительное расстояние. Однако даже отклонение в 0,00003 мм дает возможность вычислить массу планеты. Для этого достаточно измерить силу притяжения по отношению к весу и силу притяжения малого груза к большому. Полученные данные позволяют провести расчеты массы Земли.

Масса Земли и других планет

Земля является самой большой планетой земной группы. По отношению к ней масса Марса составляет около 0,1 земного веса, а Венера - 0,8. составляет около 0,05 от земного. Газовые гиганты во много раз крупнее Земли. Если сравнить Юпитер и нашу планету, то гигант больше в 317 раз, а Сатурн тяжелее в 95 раз, Уран - в 14. Есть планеты, которые весят больше Земли в 500 раз и более. Это огромные газовые тела, расположенные за пределами нашей солнечной системы.

Планета Земля - третья по величине планета Солнечной системы. Она также является крупнейшей по массе, диаметру и плотности среди планет земной группы (сюда входят Венера, Меркурий, Земля и Марс). Однако, Земля, например, по своей массе в 14 раз уступает другой газовой планете - Урану.

Немногие сегодня знают, какова масса нашей огромной и необъятной планеты, тогда как ученые ее уже давно вычислили. Она равна 5,98·10 24 килограммов.

В нашей статье мы расскажем подробно, чему равна масса Земли и о том, как она вычисляется.

Сила тяжести, масса и вес

Сила тяжести, масса и вес - одни из основных физических величин, однако, очень многие путают эти понятия. Нужно внести ясность в значение каждого из них.

• Сила тяжести - сила, которая действует на всякое тело, расположенное вблизи поверхности земли или относительно другого тела. Иными словами, сила тяжести - сила, с которой тела притягиваются к поверхности Земли;
• Вес - это физическая сила или величина, с которой тело действует на опору. Допустим, если тело находится в покое на поверхности земли, то вес - ничто иное как сила, с которой это тело действует на поверхность. Основная единица измерения - ньютоны;
• Масса тела - мера, которая измеряет возможность любого материального тела к гравитационному взаимодействию. Измеряется в граммах, килограммах, центнерах, тоннах. Гравитационное притяжение или взаимодействие в свою очередь лежит в основе всемирного тяготения открытого И. Ньютоном.

Масса Земли

Измерение массы Земли - длительный исторический процесс, к которому приложились умы многих величайших ученых. Размеры нашей планеты были впервые открыты Эратосфеном примерно в 240 г. до н. э.

На протяжении многих веков в физике и астрономии господствовала геоцентрическая система Птолемея, согласно которой Земля располагалась в центре Солнечной системы. Только после открытый Н. Коперника, И. Кеплера, Г. Галилея и др. началось детальное изучение параметров планеты Земля. Были открыты основные законы динамики - законы И. Ньютона, которые и положили начало измерениям массы Земли.

Массу Земли впервые измерил в 18 веке британский химик Г. Кавендиш. Для своего опыта он использовал установку крутильных весов с привязанными на концах свинцовыми шариками. Поочередно поднося к этим шарикам два больших свинцовых шара, ученый установил во сколько раз сила притяжения маленького шара к большому отличается от силы притяжения Земли. Масса Земли согласно вычислениям получилась 6·10 21 килограммов. Такое число очень близко к значению массы Земли, принятому уже в наше время, оно составляет примерно 5,98·10 24 килограммов.

Формула вычисления Земли согласно основным законам динамики выглядит следующим образом:

• M = q·r 2 /G, где:

q - гравитационное ускорение или ускорение свободного падения, придается телу силой тяжести. Измеряется в метрах в секунду и зависит в первую очередь от широты и времени суток на поверхности планеты Земля. В физике за гравитационное ускорение принимают цифру 9,8;

> > > Масса Земли

Узнайте точно, какая масса Земли – третьей планеты Солнечной системы. Описание формулы расчета, уравнение с составляющими и конечный результат массы планеты.

Достигает отметки в 5.9736 х 10 24 кг. Это крупное число, но, чтобы наш мозг попал в шоковое состояние, то в полном виде – 5 973 600 000 000 000 000 000 000 000 кг. Вау!

Как узнать массу Земли?

Но ведь интереснее узнать, как вообще смогли понять, какая масса Земли? Все дело в гравитации, которую наша планета оказывает на ближайшие объекты.

Физика говорит нам, что любые тела с массой притягиваются. Если вы положите рядом два бильярдных шарика, то они будут стремиться к соседнему. Эта сила не заметна нам, но приборы улавливают благодаря своей чувствительности. Это вычисление поможет вывести массу обоих.

Ньютон предположил, что масса сферических объектов сосредоточена в их центрах. Тогда можно воспользоваться уравнением:

F = G (M1* M2/R 2).

• F – сила тяжести между ними.
• G – постоянная = 6.67259 × 10 -11 м 3 /кг с 2 .
• -M1 и M2 – притягивающиеся массы.
• R – дистанция между ними.

Допустим, что одна из масс представлена Землей, а второй будет килограммовая сфера. Сила между ними – 9.8 кг * м/с 2 . Земной радиус – 6 400 000 м. Если добавите эти значения в формулу, то получите 6 x 10 24 кг.

Важно отметить, что в вопросе правильно использовать слово «масса», а не «вес», потому что последнее понятие выступает силой, которая нужна для вычисления гравитационного поля. Можно взять мяч и взвесить его на Земле и Луне, и отметка будет меняться. Но масса – стабильное число и земная – постоянна.

Кажется, что это много, но не будем забывать, что в нашей системе есть объекты и крупнее. Например, наша звезда превосходит земную массу в 330000 раз, а Юпитер в 318 раз. Есть, конечно, и крошки. Так марсианская масса занимает лишь 11% земной.

Нам повезло из-за наивысшего показателя планетарной плотности в системе – 5.52 г/см 3 . Это значение досталось от металлического ядра, вокруг которого сосредоточен слой скалистой мантии. Менее плотные планеты, вроде гигантского Юпитера, представлены водородом и прочими газами. Теперь вы знаете чему равна масса Земли.