地球重达60万亿亿吨,为何不下坠?是什么力量让它悬浮于宇宙中是真的吗?

cht 2023-11-14 6次阅读

地球是我们的家园,它是太阳系中第三颗行星,也是唯一已知的拥有生命的行星。

地球的直径约为1.28亿米,质量约为5.97乘以10的24次方千克,也就是60万亿亿吨。

这个数字是如此之大,以至于我们很难想象它的真实含义。

如果把地球的质量换算成一元硬币的重量,那么地球的重量相当于1.2乘以10的21个一元硬币,这些硬币可以铺满整个太平洋的表面。

地球的重量是如此之大,那么它为什么不会被太阳的引力吸引过去,而是一直在太空中悬浮呢?是什么力量让它保持着稳定的轨道,绕着太阳转呢?

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一、地球是如何被发现的?

要想了解地球在宇宙中的运动,我们首先要知道地球是什么样的,它是怎样被发现的。

地球是一颗球形的行星,它由固体、液体和气体组成,表面有陆地、海洋和大气层。

地球的形状并不是完美的球体,而是略微扁平的椭球体,因为地球的自转会使得赤道部分向外凸起,而两极部分向内收缩。

地球的形状和大小是如何被人类发现的呢?最早提出地球是球形的,是古希腊的哲学家毕达哥拉斯。

他根据月食的现象,推断出地球的影子是圆形的,因此地球也应该是圆形的。

后来,亚里士多德和埃拉托色尼等人,通过观察恒星的位置变化、太阳的高度差异、地平线的视角等方法,进一步证实了地球是球形的,并且测量出了地球的直径,大约是1.28亿米。

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地球的质量和密度是如何被人类发现的呢?最早测量地球的质量的,是18世纪的英国物理学家卡文迪许,他利用一个特制的扭秤,测量了两个铅球之间的引力,从而计算出了万有引力常数,进而推算出了地球的质量,大约是5.97乘以10的24次方千克,也就是60万亿亿吨。

由此,他还得出了地球的平均密度,大约是5.5克每立方厘米,比水的密度大了5.5倍。

二、地球是如何运动的?

地球的形状、大小、质量和密度都已经被人类发现了,那么地球是如何在宇宙中运动的呢?地球的运动主要有两种,一种是自转,一种是公转。

自转是指地球绕着自己的轴心旋转,公转是指地球绕着太阳旋转。

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地球的自转周期是24小时,也就是一天,地球的公转周期是365.25天,也就是一年。

地球的自转和公转都是由地球的角动量决定的,角动量是一个物理量,表示物体旋转的状态,它是守恒的,也就是说,除非有外力作用,否则物体的角动量不会改变。

地球的角动量是怎么来的呢?地球的角动量是在太阳系形成的过程中获得的。

太阳系是由一个巨大的气体星云形成的,这个星云在引力的作用下开始收缩和旋转,旋转的速度越来越快,就像溜冰者收缩双臂一样。

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在旋转的过程中,星云的中心形成了太阳,星云的外围形成了行星。

行星在诞生的时候,就继承了星云的旋转角动量,所以行星也会绕着自己的轴心和太阳旋转。

地球就是其中之一,它的自转和公转都是由它的角动量决定的。

地球的自转和公转有什么作用呢?地球的自转和公转对地球的气候、生物和文化都有重要的影响。

地球的自转导致了昼夜的交替,也导致了地球的两极向内收缩,赤道向外凸起,形成了地球的椭球形状。

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地球的自转还导致了科里奥利力的产生,科里奥利力是一种惯性力,它会使得地球表面的风和水流偏离直线运动,形成了气旋和洋流

地球的公转导致了季节的变化,也导致了地球的轨道和自转轴的摄动,摄动是一种周期性的摆动,它会影响地球的气候和历法。

三、地球为什么不会掉下来?

地球的自转和公转都是由地球的角动量决定的,那么地球为什么不会被太阳的引力吸引过去,而是一直在太空中悬浮呢?这是因为地球的公转速度足够快,产生了足够的离心力来对抗太阳的引力,使得地球保持在一个稳定的轨道上。

离心力是一种惯性力,它是由物体沿着曲线运动时产生的。

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当物体沿着圆形轨道运动时,离心力的大小等于物体的质量乘以物体的速度的平方除以圆的半径,离心力的方向垂直于圆心指向物体的连线,指向圆的外侧。

离心力的作用是使物体偏离圆心,如果没有其他的力来平衡离心力,物体就会飞出圆形轨道。

地球在绕着太阳公转时,就是沿着一个近似的圆形轨道运动的。

地球的公转速度约为每秒30千米,地球到太阳的平均距离约为1.5亿千米,根据离心力的公式,我们可以计算出地球的离心力的大小约为3.5乘以10的22牛顿,方向指向轨道的外侧。

这个力是非常巨大的,相当于地球表面上的重力的1000倍,如果没有其他的力来抵消这个力,地球就会飞离太阳,进入深空。

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幸运的是,地球并不是孤立的,它还受到太阳的引力的作用。

太阳的引力是由太阳的质量和地球的质量决定的,根据万有引力定律,太阳的引力的大小等于万有引力常数乘以太阳的质量乘以地球的质量除以地球到太阳的距离的平方,太阳的引力的方向指向太阳的中心,与离心力的方向相反。

太阳的引力的大小约为3.5乘以10的22牛顿,与离心力的大小相等,但方向相反。

因此,太阳的引力和离心力正好抵消,使得地球保持在一个稳定的轨道上,不会掉下来,也不会飞走。

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地球的自转也是由离心力和引力的平衡决定的。

地球的自转周期是24小时,地球的赤道半径约为6.4万千米。

根据离心力的公式,我们可以计算出地球表面上的离心力的大小约为0.03牛顿,方向指向地球的外侧。

这个力是非常微小的,相当于地球表面上的重力的千分之一,但是它也会影响地球的形状,使得地球的赤道部分向外凸起,而两极部分向内收缩,形成了地球的椭球形状。

地球表面上的引力也是由地球的质量和地球表面上的点的距离决定的。

根据万有引力定律,地球表面上的引力的大小等于万有引力常数乘以地球的质量乘以地球表面上的点的质量除以地球表面上的点到地心的距离的平方,地球表面上的引力的方向指向地心,与离心力的方向相反。

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地球表面上的引力的大小约为9.8牛顿,与离心力的大小相差很大。

因此,地球表面上的引力和离心力并不完全抵消,还有一个剩余的力,这个力就是我们感受到的重力,它使得我们不会飞离地球,也不会被压扁。

结语

地球在宇宙中的运动是一个非常复杂而又神奇的现象,它涉及到了物理学中的许多基本概念和公式,比如万有引力、角动量、离心力等。

通过这些概念和公式,我们可以解释地球为什么不会掉下来,为什么会维持自转,以及地球的形状、大小、质量和密度是如何被人类发现的。

地球是我们的家园,它给予了我们生命和文明,它也是我们探索宇宙的起点,了解地球的运动,就是了解我们自己的起源和未来。


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