Содержание
Земля
Людей всегда интересовали размеры, форма и мера инертности своей обители. Они хотели взвесить её, но не могли сделать это. Потребовалось много времени и усилий для определения, сколько весит Земля.
Как менялись представления о колыбели человечества
В древности людям планета, на которой они жили, казалась плоской и размещённой на спинах трёх китах (слонов) и громадной черепахи. Такое представление автоматически наделяло её физическими краями.
В Средние века постепенно стала проясняться форма, размеры и вес планеты. Обобщив все сведения до него, Джордано Бруно установил, что она круглая, за что инквизиция сожгла его на костре. Этот факт позже подтвердил своим кругосветным путешествием мореплаватель Фернан Магеллан.
Первым узнать размеры обители людей пытался учёный из Древней Греции Эрастосфен. Он измерял длину тени от шеста в различных греческих полисах, и сравнивал показания. На их основе он вывел зависимость и вычислил её объём.
Многое в этом направлении сделал Г. Галилей в 17 веке открытием закона свободного падения, а также И. Ньютон – автор закона о гравитации, который позволял вычислить силу, с которой один предмет притягивается ко второму.
Первым в 1774 г. узнал сколько Земля весит в тоннах учёный из Шотландии Н. Мэкелин, равной 5,879 секстиллионам т. Правда сегодня эта величина возросла до почти 6 секстиллионов из-за того, что ежегодно на планету оседает космическая пыль в количестве до 30 тыс. т.
Мера энергии есть, веса нет
У всех физических предметов есть конкретные свойства, в частности источник тяготения и вес. Вопрос же: сколько весит планета Земля, не имеет смысла. На первый взгляд это кажется странным, но ничего не вероятного в этом нет. Наша планета несётся в космическом пространстве в режиме свободного падения, когда понятие веса физически теряется. А вот количество материи у неё всегда присутствует, и она представляется немалым.
Проще всего определить, какая масса Земли, если использовать гравитационную зависимость. Небольшой груз подвешивается на нити и по соседству располагается массивный предмет. Согласно закону Ньютона, лёгкий груз отклонится от вертикали и расстояние между телами уменьшится на небольшую величину. Измерив это сокращение, можно вычислить источник тяготения планеты, т. к. ускорение земного притяжения известно и равно 9,81 м/сек2.
Зависимость для вычисления меры инертности «дома людей»
Для гравитационного взаимодействия сфер вслед за Ньютоном будем считать, что их вещество сосредоточено в центре. Теперь, какая масса Земли, можно вычислить с помощью классической теории тяготения Ньютона:
F = G⋅(m1 * m2 )/R2 , где, где
F – сила взаимного притяжения между телами;
G – гравитационная постоянная, составляющая 6,67408(31)·10−11 м³/(кг·с²);
m1 и m2 – взаимодействующие меры инертности;
R – расстояние меду телами.
Если одно количество материи представить земным, а другое – в виде шара весом 1 кг, тогда взаимодействие составит 9,8 кг × м/сек2. Радиус нашей обители равен 6,4 млн м. Подставив эти значения в вышеприведённую формулу, путём несложных вычислений, получим результат, равный 6 × 1024 кг. Такова масса Земли.
Масса «обители людей»: распределение и сравнение с другими планетами
Общая мера энергии нашей планеты распределяется между её частями в порядке убывания следующим образом:
- мантия (оболочка из силикатов железа, кальция и магния) – 4,043 × 1024 кг;
- ядро, состоящее из железа и никеля – 1,93 × 1024 кг;
- верхняя оболочка или земная кора – 0,026 х 1024 кг;
- океаны и моря (гидросфера) – 0,0014 х 1024 кг;
- воздушная оболочка (атмосфера) – 0,0000051 х 1024 кг.
Масса Земли равна около 6 секстиллионов тонн и кажется очень большой, если сравнивать с тем, что мы видим на её поверхности (здания, горы и т. д.). Немалой она представляется и по отношению к планетам Земной группы. Мера инертности Марса равна всего 10,8% земной, Венеры – 81,5%, Меркурия – 5,5%.
Но она становится совершенно маленькой на фоне Юпитера, который в 317,8 раза тяжелее «колыбели человечества». Сатурн превосходит «наш дом» по количеству материи в 95 раз, Нептун – в 17 и Уран – в 14,5 раза. «Обитель людей» можно считать совсем крошечной по сравнению с Солнцем, которое обладает веществом в 330 тысяч раз больше земной.
