Постоянная тяготения и масса земли - Сагитов М.У.
Скачать (прямая ссылка):
Неоднородная плотность вещества внутри Земли вызывает аномалии внешнего гравитационного поля земного шара, что позволяет изучать распределение масс в верхних слоях Земли. Это имеет большое прикладное значение. Для определения количественных характеристик распределения неоднородных масс (глубины залегания, размеров и т. д.) требуется знание постоянной тяготения.
Массы звезд и планет в астрономии определяются в единицах массы Солнца или Земли, таким образом, массы последних, по существу, задают масштаб масс во Вселенной. В земных условиях большинство измерений масс и
8
ВВЕДЕНИЕ
расстоянии проводится в метрической системе единиц. Выразить массы астрономических тел в метрической системе можно только зная массу Земли в этой системе.
Постоянная тяготения связана также со многими понятиями теоретической физики.
Значения постоянной тяготения и массы Земли, несмотря на длительность их использования, до настоящего времени известны с очень низкой точностью. На рис. 1 приведены
S1SO ? %>
/'7(7
J
OJiO я г
в, 50 t' ta
6,W P Л,
299 ObO В„10 § і
259 SiO о Є
269 920 I с?
299 SOO - *
299 880 ' S 5?
299 SBO - гР
299 SW а
?М 820 І
299 SOO Si
299 780 ?>~ *
г°ч т о
•И-
'soo iszo то <гво isso то іаго <9іо то
Годы
ис. Pl. Уточнение постоянной тяготения / и скорости света с.
полученные в течение последних двух столетий значения постоянной тяготения и скорости света в вакууме. Точность определения характеризуется вертикальной чертой, длина которой пропорциональна величине ошибки. График наглядно показывает большой прогресс в определении скорости света. Относительная точность современного значения скорости света составляет 1 ¦ ICT6. Значение же постоянной тяготения улучшено за это время незначительно и относительная точность ее определений состав-
ВВЕДЕНИЕ
9
ляет в настоящее время всего 5-Ю 4. Такова же и относительная точность современного значения массы и средней плотности Земли, поскольку их точность целиком зависит от точности определения постоянной тяготения.
Причина столь невысокой относительной точности определения постоянной тяготения^ состоит в трудности измерения малой силы взаимного притяжения .между взаимодействующими массами. Так, десятикилограммовая шаровая масса на расстоянии 12 см от своего центра создает ускорение притяжения, равное всего 5 • ICT6 см/сек?. Поэтому, чтобы измерить ее с относительной ТОЧНОСТЬЮ хотя бы 10 е, чувствительность аппаратуры по отношению к ускорению притяжения должна быть 5-10 13 см/сек2. Трудность определения постоянной тяготения усугубляется еще тем обстоятельством, что требуется измерять ускорение притяжения в метрической системе единиц массы, длины и времени, т. е. производить абсолютные измерения. В противоположность этому близкие по методике опыты по установлению эквивалентности инерциаль-ной и гравитационной масс, по выявлению влияния промежуточной среды на гравитационное взаимодействие масс являются дифференциальными. В них, естественно, можно достичь гораздо большей относительной точности. Действительно, в лучших опытах П. Хейла и П. Хржановского по определению постоянной тяготения достигнута относительная точность порядка 5 • Ю"4, в то время как в опытах по установлению эквивалентности инер-циальной и гравитационной масс П. Дике получил 2- IO'11. В опытах В. Б. Брагинского по выявлению влияния промежуточного слоя масс на гравитационное взаимодействие была достигнута относительная точность 5-IO'12. Такого же порядка и относительная точность опытов по определению зависимости гравитационного взаимодействия масс от их температуры, которые также относятся к разряду дифференциальных.
Co времени последних опытов, определявших постоянную тяготения, произошло совершенствование техники измерений расстояний, масс и времени. Развитие теории нелинейных колебаний позволяет построить более точную теорию эксперимента. Сейчас вновь возник интерес к проблеме определения постоянной тяготения.
Глава I
Некоторые сведения о постоянной тяготения, массе и средней плотности Земли
§ 1. История открытия закона тяготения
Прогресс науки проявляется в открытии все новых и новых закономерностей природы. Сначала устанавливается качественная сторона той или иной закономерности, а затем уже — количественная. Последняя позволяет более глубоко проникнуть в суть явления и использовать открытую закономерность для научного предвидения и для практики. Одним из фундаментальнейших достижений человеческого ума является открытие закона всемирного тяготения. Ему предшествовала серия научных исследований в астрономии и механике, подготовивших почву для установления этого закона.
К моменту открытия закона всемирного тяготения в астрономии уже утвердилась идея гелиоцентрической системы мира Н. Коперника (1473—1543). Коперник доказал, что Земля и другие планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца. Этим движением и суточным вращением Земли объясняется видимое перемещение светил на небесном своде. Были опровергнуты тысячелетние представления людей о геоцентрической системе мира. Это был переворот в сознании человечества.
