Ile wynosi masa Ziemi?
Masa ziemi może być ustalona jedynie poprzez obliczenia. Ile wynosi masa ziemi i jaki jest wzór na masę ziemi?
Pierwsze obliczenia masy ziemi wykonał szkocki astronom Neville Maskelyne w 1774 roku. Zgodnie z jego wynikami masa planety wyniosła 5,879 ton. Dziś uważamy, że masa ziemi w kg to 5,972E24 kg. Oznacza to, że szkocki astronom pomylił się o niewiele ponad 100 ton.
Skąd wiadomo ile waży Ziemia?
Skąd wiemy, jaka jest masa ziemi? Obliczenie masy ziemi stało się możliwe po tym, jak Newton odkrył prawo grawitacji, które stwierdza: dwa ciała przyciągane są do siebie siłą zależną od ich masy i odległości między nimi.
Masa ziemi jest obliczana grawitacyjnie. Im większe obiekty, tym większa siła, która przyciąga je do siebie. Przede wszystkim musimy określić wielkość siły przyciągania powstającej między dowolnymi dwiema masami. Zasada tej definicji jest następująca:
Wyobraź sobie bardzo wrażliwą wagę z równymi ramionami. W każdej szalce zostają umieszczone ładunki, które mają dokładnie taką samą masę. W takim przypadku saldo osiągnie pełną równowagę. Teraz bierzemy trzecie ciało, którego masa jest również nam znana, i umieszczamy je pod jedną szalką. Wzajemne przyciąganie, zgodnie z oczekiwaniami, powoduje, że przedmiot na jednej szalce będzie się obniżał. Aby utrzymać równowagę, musimy dodać pod drugą szalkę mierzalną masę. W ten sposób znając te wartości, możesz obliczyć masę danego przedmiotu.
Następnie możesz użyć równania: K = G (M1 * M2 / R 2 ).
- F to siła grawitacji między nimi;
- G – stała = +6,67259 x 10 -11 m З / kg 2 . -M1 i M2 przeciągają masу;
- R to odległość między nimi.
Załóżmy, że jedna z mas to Ziemia, a druga będzie kulą kilogramową. Siła między nimi wynosi 9,8 kg * m / s 2 . Promień Ziemi wynosi 6 400 000 m. Jeśli dodasz te wartości do wzoru, otrzymasz 6 x 10 24 kg. Należу zauważyć, że poprawne jest użycie słowa „masa” zamiast „ciężar”, ponieważ ta ostatnia koncepcja jest siłą potrzebną do obliczenia pola grawitacyjnego. Nie zapominajmy, że w naszym systemie są większe obiekty. Na przykład nasza gwiazda przekracza masę Ziemi o ЗЗ0 000 razу, a Jowisz o З18 razу.
Masa Ziemi: eksperymenty
W historii wielokrotnie uczeni próbowali obliczyć masę ziemi w tonach, Dopiero jednak nowożytna fizyka pozwoliła skutecznie obliczyć masę ziemi. Zanim to się stało fizycy i inni uczeni przeprowadzili wiele eksperymentów, które przybliżyły nas do właściwych obliczeń.
Eksperyment Eratostenesa z Cyreny
Jeden z najstarszych znanych eksperymentów fizycznych, w wyniku którego zmierzono promień Ziemi, został przeprowadzony w III wieku p.n.e. przez bibliotekarza słynnej biblioteki Aleksandrii Erastofena.
W południe, w dniu przesilenia letniego, w mieście Siena (obecnie Asuan) Słońce znajdowało się w zenicie, a przedmioty nie rzucały cienia. Tego samego dnia i o tej samej porze w mieście Aleksandria, położonym 800 kilometrów od Sieny, Słońce zboczyło z zenitu o około 7 °. Jest to w przybliżeniu 1/50 pełnego koła (360 °), stąd okazuje się, że obwód Ziemi wynosi 40 000 kilometrów, a promień 6300 kilometrów. Wydaje się prawie niewiarygodne, że promień Ziemi mierzony tak prostą metodą okazał się tylko o 5% mniejszy niż wartość uzyskana najdokładniejszymi nowoczesnymi metodami.
Eksperyment Galileo Galilei
W XVII wieku dominował punkt widzenia Arystotelesa, który nauczał, że szybkość upadku ciała zależy od jego masy. Im cięższe ciało, tym szybciej spada. Obserwacje, które każdy z nas może poczynić w życiu codziennym, wydają się to potwierdzać.
Spróbuj jednocześnie uwolnić z rąk lekką wykałaczkę i ciężki kamień. Kamień szybciej dotknie ziemi. Takie obserwacje doprowadziły Arystotelesa do wniosku o podstawowej właściwości siły, z jaką Ziemia przyciąga inne ciała. W rzeczywistości nie tylko siła przyciągania, ale także siła oporu powietrza wpływa na szybkość opadania. Stosunek tych sił dla lekkich obiektów i dla ciężkich jest różny, co prowadzi do obserwowanego efektu. Włoski Galileusz Galilei wątpił w poprawność wniosków Arystotelesa i znalazł sposób na ich przetestowanie. Aby to zrobić, upuścił w tym samym momencie kulę armatnią i znacznie lżejszą kulę muszkietu z Krzywej Wieży w Pizie. Oba ciała miały w przybliżeniu ten sam opływowy kształt, dlatego zarówno rdzeń, jak i pocisk, siły oporu powietrza były nieznaczne w porównaniu z siłami przyciągania.
Galileusz odkrył, że oba obiekty docierają do ziemi w tym samym momencie, to znaczy prędkość ich upadku jest taka sama.
Eksperyment Henry’ego Cavendisha
Po tym, jak Isaac Newton sformułował prawo grawitacji: siła przyciągania między dwoma ciałami o masach M oddalonych od siebie o odległość R wynosi F = G (mM / r2), pozostało określenie wartości stałej grawitacyjnej G. W tym celu konieczne było zmierzenie siły przyciąganie między dwoma ciałami o znanych masach. Nie jest to takie łatwe, ponieważ siła grawitacji jest bardzo mała.
Czujemy siłę grawitacji Ziemi. Ale nie możemy poczuć przyciągania, nawet największych obiektów, siły są tak małe, że prawie niewyczuwalne. Potrzebna była bardzo delikatna i wrażliwa metoda. Została wynaleziona i zastosowana w 1798 roku przez rodaka Newtona – Henry Cavendisha. Użył równowagi skrętnej – bujaka z dwiema kulkami, zawieszonymi na bardzo cienkiej koronce. Cavendish zmierzył przemieszczenie wahacza (obrót) podczas zbliżania się do kulek ciężarów innych piłek o większej masie. W wyniku tego eksperymentu Cavendish był w stanie dość dokładnie określić wartość stałej grawitacyjnej i po raz pierwszy obliczyć masę Ziemi.
Współcześnie grupa fizyków w Hiszpanii odkryła nowy niezwykły sposób pomiaru masy naszej planety. Naukowcy wykorzystali dane z detektora neutrin do oszacowania gęstości naszej planety i obliczenia jej masy.
Neutrina są jednymi z najliczniejszych cząstek we wszechświecie, ale są trudne do wykrycia. Są jak elektrony, ale nie mają ładunku elektrycznego, a ich masa jest prawie zerowa, więc bardzo słabo oddziałują z normalną materią, gdy przepływają przez Wszechświat z prędkością światła. Wykrywacz neutrin IceCube, który działa na Antarktydzie, niedawno otworzył świat neutrin na naukę. Korzystając z danych IceCube za ten rok, fizycy z Institute of Corpuscular Physics (IFIC) w Walencji w Hiszpanii byli nawet w stanie zbadać wnętrza Ziemi.
Do obliczeń wykorzystano liczbę neutrin zarejestrowanych przez detektor podczas jego działania. W tym przypadku badacze byli zainteresowani neutrinami atmosferycznymi, które rodzą się w górnych warstwach ziemskiej atmosfery. W przypadku neutrin Ziemia jest prawie przezroczysta, ale czasami cząsteczki oddziałują z materią, a ślady tych interakcji są wychwytywane przez detektor. Neutrina, które pojawiły się na biegunie, musiały przejść całą planetę, to pozwoliło nam przywrócić rozkład masy w całej objętości planety. W wyniku eksperymentu naukowcy otrzymali liczbę 5,972E24 kg – tyle waży Ziemia, obliczając masę w tradycyjny sposób. Okazało się, że jądro planety waży nieco więcej niż przyjęta wartość.
Czy masa Ziemi rośnie czy maleje?
Czy masa ziemi się zwiększa, czy się zmniejsza?. Naukowcy z University of Cambridge odkryli, że obiekty naszego układu słonecznego stale zmieniają swoją masę. Chodzi także o Ziemię, której waga, zdaniem ekspertów, jest corocznie zmniejszana o 50 tysięcy ton.
Dzieje się tak, chociaż co roku na powierzchni naszej planety osiada około 40 tysięcy ton kosmicznych śmieci i pyłu. Niewielki, w porównaniu z całkowitą masą planety, „wzrost” występuje z powodu wzrostu temperatury Ziemi, w wyniku czego wzrasta również jej masa. Jednak to wszystko nie jest w stanie zrekompensować strat spowodowanych wdmuchiwaniem w przestrzeń kosmiczną helu i wodoru z ziemskiej atmosfery.
Jak zmienia się Ziemia?
Zmiana masy ziemi w ujęciu procentowym jest ledwo zauważalna, ale w liczbach bezwzględnych – kilogramach i tonach robi wrażenie.
W ciągu dnia na Ziemię spada 5-6 ton cząstek meteorytów. Większość z nich wypala się w atmosferze. Ale Ziemia traci więcej z powodu ucieczki wodoru i helu z kosmosu. Wielkość tych strat szacuje się na 200–300 ton dziennie. Hel wchodzi do atmosfery z wnętrza ziemi, gdzie rodzi się podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, a wodór powstaje w górnej atmosferze, gdy cząsteczki wody są niszczone przez promieniowanie kosmiczne. Tak więc każdego roku Ziemia traci 50 tysięcy ton, podczas gdy około 40 tysięcy ton kosmicznego pyłu spada na planetę każdego roku. Różnicą na niekorzyść wynosi zatem 10 tysięcy ton.