بدلاً من السؤال “كم يبلغ وزن كوكب الأرض؟” سيكون من الأنسب أن نسأل، “ما هي كتلة كوكب الأرض؟”. الجواب السريع على ذلك هو ما يقرب من 6.000.000.000.000.000.000.000.000 (6 × 10 ^ 24) كيلوغرام.
كيف تمت معرفة كتلة الأرض؟
السؤال الفرعي المثير للاهتمام هو، “كيف اكتشف أي شخص ذلك؟” ليس الأمر كما لو أن الكوكب يصعد على الميزان كل صباح قبل أن يستحم.
يُشتق قياس وزن كوكب الأرض من جاذبية الأرض للأجسام القريبة منها. اتضح أن أي كتلتين لها جاذبية بعضهما البعض. إذا وضعت كرتين من البولينج بالقرب من بعضهما البعض، فسوف تجذب كل منهما الأخرى بقوة الجاذبية.
الجاذبية طفيفة للغاية، ولكن إذا كانت أجهزتك حساسة بدرجة كافية، يمكنك قياس جاذبية كرتين من كرات البولينج على بعضهما البعض.
من هذا القياس، يمكنك تحديد كتلة الجسمين. وينطبق الشيء نفسه على كرتين من كرات الجولف، ولكن التجاذب يكون أبطأ لأن مقدار قوة الجاذبية يعتمد على كتلة الجسمين.
قانون نيوتن.
أظهر نيوتن أنه بالنسبة للأجسام الكروية، يمكنك وضع افتراض مبسط مفاده أن كتلة الجسم كلها مركزة في مركز الكرة. تعبر المعادلة التالية عن جاذبية الجاذبية التي يمتلكها جسمان كرويان على بعضهما البعض:
F = G (M1 * M2 / R2)
- F هي قوة الجذب بينهما.
- G ثابت يساوي 6.67259 × 10^-11 م 3 / كجم. ث^2.
- M1 و M2 هما الكتلتان اللتان تجذبان بعضهما البعض.
- R هي المسافة التي تفصل بين الجسمين.
افترض أن الأرض هي إحدى الكتل (M1) وأن الكرة التي تزن 1 كجم هي الأخرى (M2). القوة بينهما 9.8 كجم * م / ث^2 – يمكننا حساب هذه القوة بإسقاط الكرة التي يبلغ وزنها 1 كجم وقياس التسارع الذي ينطبق عليها مجال الجاذبية الأرضية (9.8 م / ث^2)
يبلغ نصف قطر الأرض 6،400،000 متر. إذا عوضت بكل هذه القيم وحلّت من أجل M1 ، ستجد أن كتلة الأرض تساوي 6.000.000.000.000.000.000.000.000.000 كيلوغرام (6 × 10^24 كيلوغرام، أو 1.3 × 10^25 رطلاً).
من “الأنسب” السؤال عن الكتلة بدلاً من وزن كوكب الأرض لأن الوزن قوة تتطلب مجال جاذبية لتحديدها.
يمكنك أن تأخذ كرة البولينج وتزنها على الأرض وعلى القمر. سيكون الوزن على القمر سدس الوزن الموجود على الأرض، لكن مقدار الكتلة هو نفسه في كلا المكانين.
لتحديد وزن الأرض، نحتاج إلى معرفة مجال الجاذبية الذي نريد حساب الوزن فيه. من ناحية أخرى، فإن كتلة الأرض ثابتة.
إقرأ أيضاً… ماذا سيحدث لو توقفت الأرض عن الدوران؟
أسئلة وأجوبة حول كتلة الأرض.
- كيف يتم حساب كتلة الأرض؟
نظرًا لأن العلماء يعرفون بالفعل نصف قطر كوكب الأرض، فقد استخدموا قانون الجاذبية العالمية لتحديد كتلة الأرض فيما يتعلق بقوة الجاذبية على جسم ما على سطح الأرض. ببساطة، تستخدم هذه الطريقة نصف قطر الأرض كمسافة.
- ما هي معظم كتلة الأرض؟
يمثل لب الأرض 15٪ من حجم الكوكب ولكن 30٪ من كتلته. معظم كتلة الأرض هي عباءة. يمثل الستار 84 بالمائة من حجمه وحوالي 70 بالمائة من كتلته. تشكل قشرة الأرض 1٪ فقط من كتلتها.
- كيف قام كافنديش بحساب كتلة الأرض؟
قام كافنديش بقياس القوة بين جذب الكرات المعدنية بمساعدة توازن الالتواء. كان يعرف بالفعل كتلة كلا المجالين والمسافة بينهما. بقياس القوة بين هذه الكرات بعناية، قام بحساب جاذبيتها. نظرًا لأنه يمكن قياس قوة جاذبية الأرض على الكرة الأصغر عن طريق وزنها، فإن نسبة القوتين تسمح بحساب كثافة الأرض باستخدام قانون نيوتن للجاذبية.
- ما هو التعريف البسيط للكتلة؟
الكتلة هي مقياس كمية المادة في أي جسم. على الأرض يمكننا وزن الأشياء لتحديد الكتلة. لكن في الفضاء الخارجي، قد يكون لشيء ما كتلة كبيرة ولكن ليس وزنًا كبيرًا لأن جاذبية الجاذبية ستكون صغيرة.
