Kokia yra Žemės masė? Kiek sveria žemė

Žemė yra kosmose, todėl labai sunku sužinoti planetos svorį. Negalite jos pastatyti ant svarstyklių! Todėl kalbėsime apie tų medžiagų, kurios sudaro Žemę, svorį, tai yra apie jos masę.

Žemės masė yra maždaug 6,6 šešiasdešimt milijonų tonų. Norėdami suprasti, koks tai didžiulis skaičius, parašykite jį: 6 600 000 000 000 000 000 000.

Kaip mokslininkai sužinojo Žemės masę?

Savo skaičiavimus jie grindė gerai žinoma visų kūnų savybe traukti vienas kitą. Būtent ši jų savybė yra gravitacijos esmė. Pagal gravitacijos dėsnį dviejų kūnų traukos jėga priklauso nuo jų masės ir atstumo tarp jų. Kuo didesni objektai, tuo didesnė jų traukos jėga, ir atvirkščiai – kuo toliau vienas nuo kito, tuo mažiau juos traukia.

Kaip mokslininkai „pasvėrė“ Žemę.

Norėdami tai padaryti, jie paėmė nedidelį svorį, pakabino jį, išmatuodami tikslią padėtį. Tada visa tona metalo buvo priartinta prie pakabinamo krovinio. Svoris ir metalas pradėjo traukti vienas kito link. Krovinys šiek tiek nukrypo nuo pradinės padėties (nukrypimas yra apie viena milijoninė centimetro dalis. Todėl matavimai turi būti atliekami ypatingu tikslumu).

Nustačius apkrovos įlinkio dydį, mokslininkai galėjo pradėti skaičiuoti Žemės svorį. Norėdami tai padaryti, turite žinoti traukos jėgą tarp Žemės ir krovinio bei tarp metalo ir krovinio. Santykinis skirtumas tarp dviejų, rodančių gelius, suteiks mums Žemės masę.

Iš ko sudaryta žemės masė? Žemės paviršių dengia kietos uolienos pluta, po juo yra žemės mantija, taip pat susidedanti iš kietos uolienos, o pačiame viduryje – planetos šerdis. Temperatūra Žemės centre yra labai aukšta, todėl šerdis sudaryta iš išlydytos medžiagos.

Užteks palūkanos Klausti, iš kurio seka antrasis, ne mažiau įdomus – kaip mokslininkams pavyko išmatuoti mūsų planetos masę.

Tačiau pradėkime iš eilės.

Atlikęs skaičiavimus, škotas padarė išvadą, kad Žemės planetos svoris yra 5 879 000 000 000 000 000 000 ... Įspūdinga figūra.

Šiuolaikiniai mokslininkai pakartojo skaičiavimus, gavę skaičių 5 976 000 000 000 000 000 000 (5 976 sekstilijonų tonų).

Kaip matote, skirtumas lyginant su XVIII amžiaus skaičiavimais yra „tik“ 97 sekstilijonai tonų, o tai yra palyginti nedaug.

Reikia pažymėti, kad mūsų planetos svoris kasmet didėja. Taip yra dėl kosminių dulkių, kurių kasmet ant Žemės paviršiaus nusėda 30 000 tonų.

Kaip pavyko tai išmatuoti?

Žinoma, mokslininkai negali pastatyti viso kosminio kūno ant milžiniškų svarstyklių ir pamatyti rezultato.

Teko ieškoti gudresnių, bet ne mažiau tikslių būdų. Norėdami išmatuoti Žemės masę, jie naudojo gravitaciją – jėgą, dėl kurios bet kokie mūsų visatoje esantys materialūs objektai traukia vienas kitą.

Mokslininkai ant virvelės pakabino labai mažą ir lengvą svarelį, o tada itin tiksliai išmatavo jo padėtį erdvėje. Toliau, šalia krovinio, jie padėjo didelį švino kubą, sveriantį vieną toną. Kaip žinome (ar žinome?) Kuo objektas sunkesnis, tuo stipresnis jo gravitacinis laukas traukia aplinkinius kūnus.

Vieną toną sveriančio švino kubo gravitacinis laukas pritraukė nedidelį svorį maždaug 0,000,02 milimetro, tačiau to pakako, kad matematiniais skaičiavimais būtų galima sužinoti mūsų Žemės masę.

Galbūt jus domina:

Kiekvienas žmogus, jaunas ir senas, žino, kad Saulė yra žvaigždė, esanti mūsų sistemos, vadinamos Saulės sistema, centre. Saulė yra didžiausias planetų sistemos objektas, aplink kurį sukasi visi kiti objektai. Saulės masė sudaro 99,866% visos saulės sistemos masės. Baltasis taškas = Žemė (pažymėta rodykle) Kiek kartų Saulės masė yra didesnė už Žemės planetos masę? Suskaičiuokime. Svoris…

Saulė yra vienintelė mūsų žvaigždė saulės sistema... Aplink jį sukasi visos planetos, įskaitant žemę, taip pat tūkstančiai meteoritų, šimtai kometų ir kitų mažų dangaus kūnų. Mūsų žvaigždė yra tikrai didžiulė, ji yra šimtus kartų didesnė už bet kurią planetą, įskaitant Jupiterį. Ir, žinoma, tai yra sunkiausias kosminis objektas mūsų sistemoje. Saulė ne tik didžiulė, bet ir susideda iš daugybės sunkių ...

Kas atsitiks, jei visą Žemės vandenį surinksite į vieną didelę sferą? Nuotraukoje parodytas sferos dydis, palyginti su mūsų planetos dydžiu. Susidariusio rutulio skersmuo – 1 385 kilometrai, vandens tūris – 1 386 000 000 kubinių kilometrų. Sfera apima visą vandenį, esantį jūrose, vandenynuose, ledynuose, upėse ir ežeruose, gruntinį ir atmosferinį vandenį, vandenį, kuris randamas augaluose, gyvūnuose ir tavyje.

Visi esame įpratę, kad mūsų danguje kasdien stebimas natūralus palydovas – Mėnulis. Ar jis visada egzistavo? Žinoma ne. Kaip ir bet kuris kitas mūsų Visatos objektas, Mėnulis susidarė dėl bet kokių įvykių. Kas yra šis įvykis, pagimdęs Mėnulį, šiandien siūlau išsiaiškinti. Dabartinė dominuojanti teorija Žemės palydovo istoriją apibūdina taip: prieš 4,5 mlrd.

Planeta Žemė yra trečia pagal dydį planeta Saulės sistemoje. Ji taip pat yra didžiausia pagal masę, skersmenį ir tankį tarp antžeminių planetų (įskaitant Venerą, Merkurijus, Žemę ir Marsą). Tačiau, pavyzdžiui, Žemė savo mase yra 14 kartų prastesnė už kitą dujų planetą – Uraną.

Tik nedaugelis šiandien žino, kokia yra mūsų didžiulės ir didžiulės planetos masė, o mokslininkai ją apskaičiavo jau seniai. Jis lygus 5,98 · 10 24 kilogramai.

Mūsų straipsnyje mes jums išsamiai papasakosime, kokia yra Žemės masė ir kaip ji apskaičiuojama.

Gravitacija, masė ir svoris

Gravitacija, masė ir svoris yra kai kurie pagrindiniai fiziniai dydžiai, tačiau daugelis žmonių painioja šias sąvokas. Būtina išsiaiškinti kiekvieno iš jų reikšmę.

• Gravitacija yra jėga, kuri veikia bet kurį kūną, esantį šalia žemės paviršiaus arba kito kūno atžvilgiu. Kitaip tariant, gravitacijos jėga yra jėga, kuria kūnai traukiami į Žemės paviršių;
• Svoris yra fizinė jėga arba kiekis, kuriuo kūnas veikia atramą. Pavyzdžiui, jei kūnas ilsisi ant žemės paviršiaus, tada svoris yra ne kas kita, kaip jėga, kuria šis kūnas veikia paviršių. Pagrindinis matavimo vienetas yra niutonas;
• Kūno masė yra matas, matuojantis bet kurio gebėjimą materialus kūnasį gravitacinę sąveiką. Matuojama gramais, kilogramais, centneriais, tonomis. Gravitacinė trauka arba sąveika savo ruožtu yra I. Niutono atrastos universalios gravitacijos pagrindas.

Žemės masė

Žemės masės matavimas yra ilgalaikis istorinis procesas, kuriam taikė daugelio didžiausių mokslininkų protas. Mūsų planetos matmenis pirmasis atrado Eratostenas apie 240 m. pr. Kr. NS.

Daugelį amžių fizikoje ir astronomijoje vyravo Ptolemėjaus geocentrinė sistema, pagal kurią Žemė buvo Saulės sistemos centre. Tik atradus N. Kopernikui, I. Kepleris, G. Galilėjus ir kiti pradėjo detalų Žemės planetos parametrų tyrimą. Buvo atrasti pagrindiniai dinamikos dėsniai – I. Niutono dėsniai, padėję pamatą Žemės masei matuoti.

Pirmą kartą Žemės masę XVIII amžiuje išmatavo britų chemikas G. Cavendishas. Dėl savo patirties jis naudojo sukimo balanso sąranką su švino kamuoliukais, pririštais galuose. Į šiuos rutulius pakaitomis atnešdamas du didelius švino rutulius, mokslininkas nustatė, kiek kartų mažo kamuoliuko traukos jėga skiriasi nuo Žemės traukos jėgos. Remiantis skaičiavimais, Žemės masė yra 6 · 10 21 kilogramas. Šis skaičius labai artimas jau mūsų laikais priimtai Žemės masės vertei, yra maždaug 5,98 · 10 24 kilogramai.

Žemės apskaičiavimo pagal pagrindinius dinamikos dėsnius formulė yra tokia:

• M = q r 2 / G, kur:

q – gravitacinis pagreitis arba gravitacinis pagreitis, kurį kūnui suteikia gravitacija. Jis matuojamas metrais per sekundę ir pirmiausia priklauso nuo platumos ir paros laiko Žemės planetos paviršiuje. Fizikoje gravitaciniam pagreičiui imamas skaičius 9,8;

Kadaise Žemė žmogui atrodė begalinė. Tačiau kuo arčiau šiuolaikinių laikų, tuo aiškiau, kad planeta vis dar turi ribas – ir ji nėra tokia didelė... bet gerokai prieš tai, kai Žemėje pradėjo darytis ankšta, žmonės nustatė savo gimtosios planetos dydį ir net jos dydį. svorio.

Tačiau jei tiksliau, Žemė neturi svorio... svoris – kaip prisimename iš mokyklos fizikos pamokų – yra „jėga, kuria kūnas veikia pakabą ar atramą“, o Žemė neturi nei vieno, nei kito, todėl kalbėsime apie masines planetas.

Kaip tai buvo nustatyta - juk planeta nebuvo pasverta, tiesą sakant (kokių svarstyklių reikėtų)?

Bet ant svarstyklių dėti nereikia.

Pirmiausia turėjau apskaičiuoti Žemės dydį – tai vėl Senovės Graikija padarė Eratosteną, lygindamas šešėlio ilgį nuo į žemę įsmeigto pagaliuko skirtinguose miestuose.

Kitas žingsnis sekė XVII amžiuje: G. Galilėjus nustatė laisvojo kritimo pagreitį.

Beliko „pakeisti“ duomenis į formulę.

Pirmą kartą Žemės masė buvo apskaičiuota 1774 metais – ir tai padarė škotas daktaras N. Makelinas. Jis tai padarė - 5 879 000 000 000 000 000 000 tonų – 5 879 sekstilijonų tonų (taip rašoma).

Mūsų laikais Žemės masė vertinama kiek kitaip – ​​5,976 sekstilijonų tonų ne todėl, kad ji buvo neteisingai apskaičiuota, o todėl, kad Žemė tikrai darosi vis sunkesnė: ant jos nuolat nusėda kosminės dulkės – apie 30 tūkstančio tonų per metus.

Pagal savo sudėtį Žemė yra nevienalytė. Kaip pasiskirsto jo masė?

Didžioji dalis Žemės masės patenka ant mantijos – apvalkalo, susidedančio iš geležies, magnio, kalcio silikatų – tai 4,043 1024 kg. Antrasis „sunkiausias“ – šerdis, susidedanti iš geležies (galbūt – iš geležies ir nikelio) – maždaug 1,931024 kg. Žemės pluta, kurioje mes, tiesą sakant, gyvename, yra tik 0 026 1024 kg, o vandenynai - 9 t. skystas vanduo, be kurio nekiltų kalbos apie gyvybės atsiradimą) – 0,0014 1024 kg, o atmosfera, kuri kartu su vandeniu leido gyvybei Žemėje sukurti, yra dar mažesnė: 0,0000051 1024 kg.

Kokią vietą Žemė šiuo atžvilgiu užima tarp „brolių ir seserų“ Saulės sistemoje?

Pripažinkime – ne pirmas. Tai toli gražu ne dujiniai milžinai: nusileidžia net „mažiausiam“ iš jų – Uranui – 14,5 karto, Neptūnui – 17,2 karto, Saturno masė yra 95,1 karto didesnė už Žemės, o Jupiterio – 317,8 karto sunkesnė mūsų planeta. (tačiau šis rekordininkas gerokai atsiliko nuo visų kitų Saulės sistemos planetų: jos masė 2,47 karto didesnė nei visų kartu paėmus).

Bet kur pirmauja mūsų planeta - taip ji yra tarp antžeminės grupės planetų (taip vadinasi planetos, kurių paviršius yra kietas - skirtingai nuo dujų milžinų, didelio tankio ir daugiausia susideda iš geležies ir silikatų - priešingai nei uolų). -ledo nykštukinės planetos): masė Marsas - 0,108 Žemė, Venera - 0,815, Merkurijus - 0,055. Sakyk, kas tau patinka – smagu žinoti, kad mūsų gimtoji planeta bent kažkur – pirmoji!

Mokslas yra kupinas daugybės skirtingų Įdomūs faktai... Dabar norėčiau pakalbėti apie vieną iš jų. Tai praeis apie tai, kiek yra Žemės masės ir kaip buvo galima ją apskaičiuoti.

Pionieriai

Pačioje pradžioje verta pasakyti, kad pirmą kartą dominančius skaičius apie Žemės masę Neville Makelin iš Škotijos miesto Pertšyro gavo dar tolimame XVIII amžiuje, būtent 1774 m. Atlikęs savo skaičiavimus, škotų mokslininkas nustatė, kad Žemės masė yra 5 879 000 000 000 000 000 000 tonų. Kaip taisyklingai ištarti šį skaičių? Taigi, tai yra 5879 sekstilijonai tonų.

Apie dabartį

Tikrai verta pasakyti, kad šie skaičiai ilgas laikas nedavė mokslininkams ramybės. Ar Makelinas viską apskaičiavo teisingai, ar gali būti, kad jo skaičiavimai buvo klaidingi? Taigi, šiuolaikiniai fizikai nusprendė tai dar kartą patikrinti ir pateikė savo skaičiavimus diskusijai. Jų skaičiavimais, Žemės planetos masė yra 5 976 000 000 000 000 000 000, t.y. 5976 sekstilijonai tonų. Tai tik 97 sekstilijonais tonų daugiau nei ankstesni rezultatai. Tačiau ne tiek daug. Be to, svarbus bus faktas, kad Žemės svoris nuolat didėja. Visa kaltė – kosminės dulkės (kai kurių, bet ne visų mokslininkų nuomone), kurios kiekvieną minutę nusėda ant mūsų planetos paviršiaus, suteikdamos jam papildomo svorio.

Apie išmatavimus

Daugeliui žmonių gali kilti logiškas klausimas: "Kaip išmatuoti Žemės masę, nes negalite jos tiesiog paimti ir išdėstyti didžiuliu mastu?" Tačiau mokslininkai nebijojo sunkumų ir rėmėsi gravitaciniu lauku, dėl kurio objektai traukia vienas kitą. Visi skaičiavimai buvo atlikti eksperimentiniu būdu. Pirmiausia ant stygos buvo pakabintas nedidelis svarelis, kurio padėtis erdvėje buvo išmatuota. Toliau prie šio krovinio mokslininkai pastatė gana svarų švino kubą, kuris svėrė toną (juk visi žino, kad kuo objektas sunkesnis, tuo stipresnis jo gravitacinis laukas traukia aplinkinius objektus). Šio eksperimento metu didžiulio švino kubo gravitacinis laukas pritraukė prie savęs nedidelį svorį tik 0,00002 milimetro, tačiau to pakako, kad mokslininkai galėtų apskaičiuoti Žemės planetos masę, gavę tokius geidžiamus skaičius.

Apie plėtrą

Kaip minėta aukščiau, Žemės masė nuolat didėja. Tačiau reikia pasakyti, kad mūsų planeta taip pat plečiasi. Galų gale, kaip paaiškinti tai, kad visus žemynus galima sujungti be jokių problemų, kaip vieną didelį galvosūkį? Galbūt tai reiškia, kad jie visi kažkada buvo susiję, o paskui išsiskyrė? Reikia pasakyti, kad pirmą kartą mokslininkas I.O. Jurkovskis. Ir nors tuo metu dar nebuvo to patvirtinimo, šios mintys nedingo be pėdsakų ir karts nuo karto jas aplankydavo įvairiausi mokslininkai iš viso pasaulio.

Apie formulę

Yra gana paprasta formulė, jungianti Žemės traukos jėgą, jos masę, taip pat jos paviršiaus atstumą nuo centro. Tiesiogine versija tai atrodys kaip Žemės masės ir atstumo nuo jos centro iki paviršiaus kvadrato santykis.

1. Jei įmanoma įrodyti, kad gravitacijos jėga laikui bėgant mažėja, tai galima įrodyti, kad planetos padidėjimą lėmė jos tūrio padidėjimas. Tuo pačiu metu masė išliko nepakitusi.
2. Tačiau jei įrodysime, kad gravitacijos jėga laikui bėgant didėja, tada tokia išvada yra logiška: visa tai susiję su Žemės masės padidėjimu.

Apie skaičiavimus

Verta paminėti ir tai, kad šiandien Žemės masę gali apskaičiuoti net pats moksleivis namuose. Norėdami tai padaryti, tereikia žinoti aukščiau pateiktą formulę: g = φ (M / R 2). Visų pirma, iš jo reikia daug išgauti. Taigi, naudojant paprastas konfigūracijas, gauname tokį ryšį: M = g R 2 / φ. Tuo pačiu metu žemės spindulys jau žinomas, jo skaičiuoti nereikia, jis yra 6300 km (metrais - 6,38x10 6). Skaitiniai g ir φ variantai jau seniai gauti iš patirties. Taigi gana paprastų matematinių operacijų dėka galite gauti norimą figūrą, kuri yra 5976 sekstilijonai tonų.

Renginių plėtra

Taigi ar laikui bėgant Žemės masė didėja? Taip! Ir tai įrodė šiuolaikiniai mokslininkai. Per 50 stebėjimų Vašingtone metų gravitacija padidėjo nuo 980098 iki 980120 miligalų. Kalbant apie Vidurinę Aziją, šie rodikliai buvo tokie: vidutiniškai čia gravitacija padidėjo apie 0,05-0,10 miligalų per metus. Tačiau kiek tai yra, ar daug, ar nepakanka? Jei pažvelgsite į gautus skaičius, palyginti su metais ir net šimtmečiais, tai labai maža. Tačiau jei šiuos rodiklius perskaičiuotume milijonams metų? Tai padarė ir mokslininkai. Taigi per šimtą milijonų metų Žemės paviršiuje gravitacijos jėga padidėjo maždaug 2,5 karto. Tuo pačiu metu mūsų planetos spindulys padvigubėjo! Įdomus bus toks faktas: net prieš 600 milijonų metų mūsų planeta buvo maždaug 6–8 kartus mažesnė už šiuolaikinę jos versiją. Ar tuo pačiu pasikeitė jo masė? Mokslininkai vis dar neturi vienareikšmio atsakymo į šį klausimą. Dulkės iš kosmoso krenta į Žemę, tai tikrai. Tačiau niekas dar nežino, kiek planeta praranda.

Kas nutiko?

Tačiau kaip pasikeitė mūsų planetos svoris nuo jos susikūrimo? Mokslininkams pavyko išsiaiškinti, kad Žemės masė pirmaisiais jos atsiradimo etapais buvo 99 kartus mažesnė už dabartinę jos versiją. Viską paaiškinti paprasta: dar prieš tai, kai Žemėje atsirado atmosfera ir ji tapo tinkama gyvybei, mūsų planetą nuolat atakavo milžiniški asteroidai. Mokslininkai mano, kad tik tokio „gliaudymo“ dėka Žemė prarado nereikalingą perteklinį svorį ir taip tapo tinkama gyvenimui. Ir viskas todėl, kad šie bombardavimai atvedė planetos branduolį į „darbinę“ būseną, įskaitant globalų procesą pačioje planetoje.

Henry Cavendish metodas

Verta pasakyti, kad Žemės masė domino daugybę skirtingų mokslininkų. Vienas iš jų yra Henry Cavendish, kuris bandė gauti šiuos skaičius išmatuodamas gravitacinę konstantą naudodamas tokį prietaisą kaip sukimo balansas. Kokią išvadą jis galiausiai padarė? Taigi rezultatai bus gana įdomūs. Mokslininkas teigė, kad Žemės planetos masė lygi nuliui, nes ji yra laisvo kritimo būsenoje, o gravitacija, kuri ją veikia iš kitų kosminių objektų, yra tarpusavyje subalansuota ir nekeičia planetos padėties. Žemė savo „kritimo“ trajektorija.

Palyginimas: saulė

Visi žino, kad mūsų planeta yra Saulės sistemos dalis, kurios centre yra Saulė. Taip pat reikėtų pasakyti, kad tai yra didžiausias kūnas šioje sistemoje, aplink kurį sukasi visos planetos. Šis faktas pasirodys labai informatyvus: Saulės masė sudaro maždaug 99,866% visos saulės sistemos masės! Taip pat noriu sužinoti, kiek ši žvaigždė didesnė už mūsų gimtąją planetą? Tai galite sužinoti atlikdami paprastus skaičiavimus. Jei Saulės masė yra 2 trilijonai kvadrilijonų tonų, o Žemės masė, kaip jau minėta, yra beveik 6 sekstilijonai, tai skirtumas bus gana įspūdingas. Mūsų sistemos centras – Saulė – yra apie 333 000 kartų didesnis už Žemės planetą!

Palyginimas: Mėnulis

Taip pat verta atsižvelgti į šiek tiek kitokius skaičius. Įdomu, kiek kartų mūsų planetos masė yra didesnė už Mėnulio, mūsų nuolatinio palydovo, masę? Šis skaičius yra 81,3. Šią vertę kaip pastovią 1964 m. patvirtino Tarptautinė astronomų sąjunga. Būtina tai paaiškinti duotas faktas dar kartą buvo patvirtintas 1966 m.