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- 2022-12-29 13:30:14 发布
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测量重量组员:陈之杞、聂资政组长:冯兴昊
如何测量地球重量?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。
测量学的发展与作用这是人类长期探索的问题。早在公元前6世纪古希腊的毕达哥拉斯(Pythagoras)就提出了地的球形状的概念。两世纪后,亚里士多德(Aristotle)作了进一步论证,支持这一学说。又一世纪后,埃拉托斯特尼(Eratosthenes)用在南北两地同时观测日影的办法首次推算出地球子午圈的周长。其想法很简单,先测量地面上一段(子午线)的弧长l,再测量该弧长所对的中心角θ。则地球的半径R就可求得:R=l/θ地球子午线的周长可等于L=2πR这里关键在于如何求θ。为此要同时在南北两点测量竖杆影子的长度。凭影长和杆高就可以求得两个杆子与阳光的夹角φ1和φ2。设在同一时刻两地的阳光相互平行则θ=φ2-φ1在人类认识地测球形状和大小的过程中,测量学获得了飞速的发展。例如:三角测量和天文测量的理论和技术、高精度经纬仪制作的技术、距离丈量的技术及有关理论、测量数据处理的理论以及误差理论等。在测量学发展的过程中很多数学家、物理学家作出了巨大的贡献,如托勒密、墨卡托等。测量学在军事的作用“天时,地利,人和”是打胜仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。
用数学测量地球重量(GMm/r^2)=mgM=gr^2/G
测量空间发展人类虽然一直向往广漠的宇宙空间,但真正有意义的行动始于1783年施放的第一个升空气球,限于当时的技术条件,不可能上升很高,探测的局限性很大。第二次世界大战后发射的V-2探空火箭,最高也只达到约160千米的高度。20世纪50年代,由大量的地面台站、气球和火箭等组成全球协同的观测体系,但并未取得突破性成果。1957年10月4日第一颗人造地球卫星发射成功,从此人类跨进了宇宙空间的大门,开始了空间探测的新时代。在随后的30多年间,对月球、行星和行星际空间进行了有成效的探测,探测领域不断扩大。
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