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“稱”地球的怪人

2008-12-29 00:00:00李福厚
中學(xué)生百科·悅青春 2008年3期


  在我國古代,曾流傳著一個(gè)“曹沖稱象”的故事。說的是,三國時(shí)代七歲的曹沖,利用水的浮力稱出大象的質(zhì)量,受到人們的稱贊。
  大象是陸地最重的動(dòng)物,體重約6噸,人們要稱出它的質(zhì)量已是極不容易的事,地球那么大,那么重,用普通的秤來稱出地球的重量,那是不可思議的。第一,世界上沒有這樣一桿能稱得起地球的巨秤;其次,誰也無法拿得起這桿秤。就算有一個(gè)力大無窮的大力士能提得起地球,也無法稱我們的地球,因?yàn)槟莻€(gè)能夠稱得起地球的人,站在什么地方去稱地球呢?人們總不能站在地球上稱地球吧!可是,1798年時(shí)卻有人宣布他已稱出在宇宙中不停地運(yùn)轉(zhuǎn)的地球質(zhì)量。你聽后一定會(huì)脫口而出:“莫非這人是一個(gè)‘怪人’,否則是不可能的事。”
  算是給你猜對了,這人確實(shí)是個(gè)“怪人”,不過,只是因?yàn)樗4┲簧磉^時(shí)的老式服裝,而且很少有一件衣服的紐扣是齊全的,人們才給他這個(gè)“怪人”雅號。
  這個(gè)“怪人”是誰?他就是英國著名物理學(xué)家卡文迪許。卡文迪許1731年出生在法國一個(gè)貴族家庭,自幼刻苦學(xué)習(xí),勇于創(chuàng)新,年輕時(shí)就立志要攻克科學(xué)高峰——“稱地球”!
  那是1750年的一天,卡文迪許到劍橋大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室。向米歇爾教授說了自己的這一愿望。米歇爾是個(gè)熱心人,對年輕人的志向總是給予熱情鼓勵(lì)和支持。對于卡文迪許前來討教“稱地球”一事,教授同樣給予許多提示?;丶液?,卡文迪許便很快設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)裝置:在一根長木棍的兩端各裝上一個(gè)小鉛球,像似一只啞鈴,再用一根石英絲把這只“啞鈴”橫吊起來。實(shí)驗(yàn)時(shí),只要將兩只大鉛球分別接近木棍兩端的小鉛球,由于“萬有引力”的作用?!皢♀彙币欢〞?huì)發(fā)生擺動(dòng),從而石英絲也將會(huì)有所扭動(dòng)。他想,只要測出石英絲扭動(dòng)的多少,就可以知道大小鉛球之間的引力大小,進(jìn)而算出地球的質(zhì)量。
  可是,卡文迪許反復(fù)實(shí)驗(yàn)許多次,都以失敗而告終。原因是鉛球之間的引力太微弱了。因?yàn)槲覀冎溃簝蓚€(gè)1千克重的鉛球在相距10厘米時(shí),它們之間的相互引力只有十億分之一千克!這么微小的引力所促成的石英絲的變化,單靠肉眼是無法測量出來的。
  怎么改進(jìn)呢?卡文迪許每天苦思不止。有一天,他到英國皇家學(xué)會(huì)講演,講演十分成功,因而在回家途中他顯得格外高興。他邊走邊欣賞一路的風(fēng)光,忽然,他看見一個(gè)小孩手里拿著一面小鏡子反射太陽光,只要手中鏡子稍一轉(zhuǎn)動(dòng),遠(yuǎn)處光點(diǎn)的位置馬上發(fā)生很大移動(dòng)??粗粗?,一個(gè)念頭在他腦中浮現(xiàn)??ㄎ牡显S興奮異常,馬上趕回實(shí)驗(yàn)室,動(dòng)手改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置。他把一面小鏡固定在石英絲上,再用一束光線照射這一小鏡。小鏡將光線反射到一根長的刻度尺上。這樣,只要石英絲有極微小的扭動(dòng),反射光就會(huì)在刻度尺上有明顯的移動(dòng),從而提高實(shí)驗(yàn)的靈敏度。
  卡文迪許看到自己實(shí)驗(yàn)有7可喜的進(jìn)展,心情十分激動(dòng)。于是,他繼續(xù)實(shí)驗(yàn)下去,于1798年,測出“萬有引力常數(shù)”是6.6720×10-8米·秒-2·克-1。然后再按照萬有引力公式F=C×MMr2,計(jì)算出地球質(zhì)量5974×1027克,即約60萬億億噸。
  卡文迪許“稱地球”的愿望終于實(shí)現(xiàn)了。他望著自己的計(jì)算成果,熱淚流滿臉頰。這時(shí)他已是白發(fā)蒼蒼的老人,年達(dá)67歲高齡了。為了“稱地球”耗去了他近50年光陰,這幾乎是一輩子心血凝成的“結(jié)晶”!
  
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