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不可思议的创举——卡文迪许测出地球重量的故事 在浩瀚的宇宙中，地球只是众多天体中的一个。它年复一年地绕着太阳公转，同时自身还昼夜不停地自转着。你可曾想过，这么一个庞然大物究竟有多重呢?今天，要找到这个答案并不难，只要查找一下有关的书籍资料就知道：繁衍着一代又一代人类的地球，它的重量是60万亿亿吨。不过，要是在18世纪之前，有人问你，怎样才能测出地球的重量，你也许会膛目结舌——这么个庞然大物也能测出它的重量?哪来这么大的秤?退一步说，即使有这杆巨秤，又必须站在什么地方来称地球的重量呢?又有谁能提得起秤杆呢? 这个看似极不可能找到答案的难题，在1798年由英国科学家卡文迪许巧妙地解决了。不过，他可没有去设法制作一杆巨秤，而是利用物理学中著名的万有引力定律来求出答案。 早在17世纪末，英国大科学家牛顿就创立了万有引力定律，根据他的公式，只要求出一个万有引力常数，就可以算出地球的重量。为了求出这个常数，大科学家牛顿曾经设计了好几个实验，但都失败了。因为，尽管一般物体之间也存在万有引力，但它实在太微弱了，无法测知。 打那以后，人们更加相信：地球的重量是无法测知的!连牛顿这样伟大的科学家都没能做到的事情，别人怎么能做到呢? 可是，偏偏有人要啃这块长着“硬刺”的骨头，他就是卡文迪许。别看出身豪门贵族的卡文迪许生性孤僻，寡言少语，可他对科学研究却无比执著，在许多方面都作出了不朽的贡献。 卡文迪许心想：要测出地球的重量，关键在于测出万有引力常数。可是，一般物体之间的引力非常微弱，肉眼难以发现，怎么办呢? 有一天，卡文迪许正在实验室里埋头做实验，有位朋友兴冲冲地跑来告诉他： “卡文迫许，告诉你一个好消息!” “什么事?等我做完实验再说吧。”卡文迪许漫不经心地说，他不愿放下手中的实验。 “这消息对你很有用。”朋友继续说，“你想知道怎样测出力的微小变化吗?” 卡文迪许一怔，这不正是他遇上的最棘手的难题吗?他忙问道：“你说说看，有什么好办法?” 朋友笑着说：“我哪有那么大的本事。不过，我听说剑桥大学的米歇尔教授在研究磁力的时候，使用了一种很巧妙的办法，测出了力的微小变化。” 1 “太好了!”卡文迪许说，“我马上去拜访米歇尔教授。” 在米歇尔教授的实验室里，卡文迪许深受启发。一回到自己的实验室，卡文迪许就忙开了。他用一根石英丝横吊着一根细杆，细杆的两端各安着一只小铅球，另外再用两只大铅球分别接近两只小球。 卡文迪许小心翼翼地把大铅球向小铅球靠近，专注地看着石 英丝的变化。可是，不管他如何重复这个实验，石英丝都不见有丝毫的摆动。 “奇怪!当大铅球靠近小铅球时，由于它们之间存在引力作用，必然使吊着的两只小铅球发生摆动。这样，我只要测出石英丝扭转的程度，就可以求出引力常数了。可是，为什么石英丝却没有变化呢?”卡文迪许陷入了困惑之中。 卡文迪许认真地检查了实验装置，认为装置本身并没有毛病。可是，石英丝为什么不发生扭转呢?卡文迪许反反复复地想着这个问题。直到有一天，他猛然想到：莫非这种扭转是肉眼无法直接发现的? 一想到这里，卡文迪许兴奋起来：是啊，尽管大小铅球之间确实存在引力，但这种引力非常弱小，因而对石英丝的影响也很小。对，一定是这样! 找到了问题的症结所在，卡文迪许便设法提高实验的灵敏度。他在垂吊着的石英丝上巧妙地安上一面小镜子，把一束光线照射到镜子上，镜面再把光线反射到一根刻度尺上。这样，一旦石英丝发生极微小的扭转，反射光在刻度尺上也会相应地比较明显地移动。 根据这个实验，卡文迪许终于在1798年测出了两球之间的引力，求得了万有引力常数，它与今天用先进手段测得的数值几乎完全一样。 卡文迪许随即根据万有引力公式，把这个万有引力常数套入公式中，终于计算出地球的重量是5.976×10的25次方千克，即相当于60万亿亿吨。 卡文迪许是世界上第一个测出地球重量的人。本着科学的精神，加上自身不懈的努力，他将在别人看来不可思议的事情变成了科学的现实。 2 本文来源：https://www.dywdw.cn/c691410629f90242a8956bec0975f46527d3a79a.html
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2022-07-15
