Что определяет масса земли

Масса Земли

Масса Земли.

Масса Земли составляет 5,97 · 10 24 кг. Среди всех планет Солнечной системы Земля стоит на четвертом месте по массе.

Масса и плотность Земли:

Масса Земли составляет 5,97· 10 24 кг или, если быть точнее, 5,9726 ± 0,0006 · 10 24 кг.

В астрономии масса Земли используется как внесистемная единица массы. При этом, 1 M⊕ = 5,9722 ± 0,0006 · 10 24 кг.

Масса Луны – спутника Земли составляет 0,0123 M⊕.

Масса Юпитера составляет 317,8 M⊕.

Масса Солнца составляет 333 082 M⊕.

Среди всех планет Солнечной системы Земля стоит на четвертом месте по массе (после Юпитера, Сатурна и Нептуна).

Масса, как физическая величина, является мерой гравитационных свойств тела (гравитации, притяжения) и мерой его инертности. Соответственно различают гравитационную массу тела и инертную массу тела. В современной физике гравитационная масса и инертная масса считаются равными.

Как следствие проявления гравитационных свойств и действия закона всемирного тяготения два тела притягиваются друг к другу тем сильнее, чем больше их массы. Или чем больше масса тела, тем с большей силой она притягивает другие тела. Гравитационная масса определяет меру такого гравитационного притяжения (силы гравитационного притяжения).

Согласно закону всемирного тяготения сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m₁ и m₂, разделёнными расстоянием r, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния:

где G – гравитационная постоянная, равная примерно 6,67⋅10 −11 м³/(кг·с²).

При этом масса тела не зависит от скорости движения тела и остается неизменным при любых процессах.

Масса измеряется в килограммах и относится к одной из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ).

Исходя из массы Земли, как физической величины рассчитываются и другие параметры нашей планеты: плотность, ускорение свободного падения, сила тяжести, первая космическая скорость, вторая космическая скорость и пр.

Средняя плотность Земли (ρ) – 5,5153 г/см³ или 5 515,3 кг/м³.

Сила тяжести и ускорение свободного падения на Земле:

Ускорение свободного падения на Земле (g) составляет 9,81 м/с 2 и меняется от 9,832 м/с² на полюсах до 9,78 м/с² на экваторе.

Ускорение свободного падения рассчитывается по формуле:

М – масса планеты, кг,

r 2 – квадрат радиуса планеты, м.

Вес и масса тела на Земле равны. Это означает, что человек, массой 72 кг, будет весить на Земле 72 кг. Если быть точнее, то вес человека на Земле равен 72 кг · 9,81 м/с 2 = 706,32 Н.

Вес – это сила, с которой любое тело, находящееся в поле сил тяжести (как правило, создаваемое каким-либо небесным телом, например, Землёй, Солнцем и т. д.), действует на опору или подвес, препятствующие свободному падению тела. Вес тела, покоящегося в инерциальной системе отсчёта, равен силе тяжести, действующей на тело. Сила тяжести – это сила притяжения тела к небесному телу.

На других планетах Солнечной системы человек массой 72 кг будет весить:

На планетах Солнечной системы человек массой 72 кг будет весить:

– на Плутоне – 4,536 кг.

Первая космическая скорость и вторая космическая скорость на Земле:

Первая космическая скорость (v₁) на Земле равна 7,91 км/с.

Первая космическая скорость (круговая скорость) – это минимальная (для заданной высоты над поверхностью планеты) горизонтальная скорость, которую необходимо придать объекту, чтобы он совершал движение по круговой орбите вокруг планеты.

Первая космическая скорость определяется массой и радиусом небесного тела, а также высотой над его поверхностью.

Первая космическая скорость вычисляется по формулам:

,

,

М – масса планеты, кг,

R – радиус орбиты, м,

R₀ – радиус планеты, м,

h – высота над поверхностью планеты, м.

Вторая космическая скорость (v₂) на Земле равна 11,19 км/с.

Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость освобождения, скорость убегания) – это наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту (например, космическому аппарату), масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела и покидания замкнутой орбиты вокруг него.

Вторая космическая скорость определяется радиусом и массой небесного тела.

Вторая космическая скорость вычисляется по формулам:

,

.

Изменение массы Земли:

На величину массы Земли влияют многочисленные факторы.

Факторы, увеличивающие массу Земли :

Факторы, уменьшающие массу Земли:

– диссипация атмосферных газов – водорода (3 кг/сек, или 95000 тонн в год) и гелия (1600 тонн в год). Кроме того, часть электронов атомов атмосферных газов улетучивается быстрее, чем сами атомы;

– искусственные спутники, которые находятся на удалённых орбитах и могут покинуть околоземное пространство (около 65 тонн в год);

– нагрев Земли (за счёт как антропогенных процессов, так и глобального потепления) в сочетании с солнечным излучением может увеличить тепловое движение молекул, что также способствует утечке вещества из атмосферы.

Распределение массы Земли:

Известно, что планета Земля состоит из литосферы, в которую входят ядро, мантия, земная кора, а также гидросферы и атмосферы.

Масса Земли распределена следующим образом:

– ядро, имеет массу около 1,93 ⋅ 10 24 кг,

– мантия, ее масса составляет составляет 4,043 ⋅ 10 24 кг,

– земная кора – около 0,026 ⋅ 10 24 кг,

– гидросфера, на ее долю приходится около 0,0014 ⋅ 10 24 кг,

Источник

Масса Земли и её особенности

Вы хоть раз задавались вопросом, какая масса и вес Земли, а также можно ли их рассчитать? Безусловно, у любого физического тела есть определённый набор свойств и характеристик. И конечно же, любая планета как астрономическое тело не обделена ими.

На самом деле, первые попытки определить свойства, вид и особенности Земли предпринимались уже в далёкие-далёкие времена.

Например, одним из первых учёных, которые посвятили себя изучению таких вопросов является Эратосфен, математик Древней Греции. Он вычислил размер и объем планеты, а также создал карту мира. Хотя его труд внёс большой вклад в понимание окружающего мира, это было лишь начало исследований.

Но мы с вами живём в современном мире, где открыто уже многое. Разумеется, наше мировоззрение отличается от древности. Что мы знаем, точнее что известно про массу Земли?

В астрономии m Земли является своеобразной единицей измерения массы.
К удивлению, масса Земли уже известна благодаря стараниям учёных.
1 M Земли=(5,9722±0,0006)×10²⁴ кг.

Несколько интересных фактов:

Как распределяется масса Земли

Само собой разумеется, что вес любого тела неравномерен. Тем более если оно состоит не из однородного и единственного вещества. Хотя и в этом случае возможны исключения.

Как известно, Земля состоит из ядра, мантии, коры, гидросферы и атмосферы. Надо полагать, что каждая часть весит по-своему.

Итак, рассмотрим распределение массы Земли.

Мантия или оболочка является самой тяжёлой, поскольку её вес равен 4,043×10²⁴ кг.

Ядро, точнее его масса, составляет 1,93×10²⁴ кг.

Кора или земная поверхность весит 0,026×10²⁴ кг.

А вот масса атмосферы равняется приблизительно 0, 0000051×10²⁴ кг.

Почему изменяется масса Земли?

Масса планеты не может находиться в постоянной величине. Поскольку на этот показатель влияет множество факторов.

К примеру, различные космические объекты и элементы, попадая на нашу планету, увеличивают её вес. Сюда можно отнести космическую пыль или метеоры, кометы и другие частицы Вселенной. Они оседают на поверхности, чем существенной влияют на массу Земли. Так, ежегодно она увеличивается в среднем на 40 тысяч тонн.

Однако, некоторые моменты, происходящие в окружающем мире, напротив, уменьшают весовой показатель планеты. К примеру, земная атмосфера теряет газы, то есть они улетучиваются в космическое пространство.

Данный процесс обусловлен увеличением теплового движения молекул. Собственно говоря, нагревание Земли, связанное с антропогенными процессами и глобальным потеплением, также способствует выходу веществ из атмосферы. Помимо этого, удалённые искусственные спутники периодически выходят в открытый космос, и больше не возвращаются на земную орбиту. Что явно сказывается на общей массе.

В результате, уменьшение веса и массы планеты ведёт к снижению силы тяжести Земли. Из этого следует, что ослабляется способность к удержанию частиц и веществ в атмосфере.

Сколько весит Земля по сравнению с другими планетами

Как известно, в Земной группе планет наша родина является самой большой. Например, вес других планет значительно меньше: Венера имеет массу 0,815 от земного веса, масса Меркурия составляет 0,055, а Марса примерно 0,108.

И всё же газовые планеты в значительной степени превосходят нас по весовой категории. К примеру, Уран тяжелее в 14,5 раз, Нептун в 17,2 раза, а Сатурн в 95,1 раз. Но до Юпитера далеко им всем. Это, безусловно, победитель в данной номинации. Он, представьте себе, хотя бы попробуйте, тяжелее Земли в 317,8 раз!

Взвесить планету нереально. Ведь мы не можем положить её на чашу весов. Однако для наших учёных это совсем необязательно. Невозможное — возможно…

Изучение и исследование родного дома для человека не просто любопытство и принцип. Можно сказать, что это своего рода обязанность. Поскольку от знаний появляется понимание и представление обо всём, что нас окружает. А это важно для сохранения и поддержания жизни.

Нет бога-творца, но есть космос, производящий солнца, планеты и живых существ: нет всемогущего бога, но есть Вселенная, которая распоряжается судьбой всех небесных тел и их жителей.

Константин Эдуардович Циолковский

Источник

Интересно, а какова масса Земли?

Наука таит в себе огромное количество различных интереснейших фактов. Об одном из них сейчас и хочется поговорить. Речь пойдет о том, сколько же составляет масса Земли и как ее удалось посчитать.

Первопроходцы

В самом начале стоит рассказать о том, что впервые интересующие цифры о массе Земли получил Невил Мэкелин из шотландского городка Пертшира еще в далеком 18 веке, а именно в 1774 году. В результате своих вычислений шотландский ученый определил, что масса Земли равна 5 879 000 000 000 000 000 000 тонн. Как же правильно произнести эту цифру? Так, это 5879 секстиллионов тонн.

О современности

Обязательно стоит сказать и о том, что данные цифры длительное время не давали ученым покоя. Все ли правильно подсчитал Мэкелин, возможно ли то, что его подсчеты оказались ошибочными? Так, современные физики решили это перепроверить и предоставили на обсуждение свои подсчеты. Согласно их вычислениям, масса планеты Земля составляет 5 976 000 000 000 000 000 000, т.е. 5976 секстиллионов тонн. Это всего лишь на каких-то 97 секстиллионов тонн больше в сравнении с предыдущими результатами. Впрочем, не так уж и много. К тому же важным окажется тот факт, что вес Земли постоянно увеличивается. Всему виной космическая пыль (как считают некоторые, однако далеко не все ученые), которая ежеминутно оседает на поверхности нашей планеты, придавая ей дополнительный вес.

Об измерениях

У многих людей может возникнуть логический вопрос: «А как же можно измерить массу Земли, ведь ее же нельзя просто взять и положить на огромнейшие весы?» Однако ученые не испугались сложностей и за основу взяли гравитационное поле, которые заставляет предметы притягиваться друг к другу. Все вычисления были получены экспериментальным путем. Сначала был на нитке подвешен маленький груз, положение которого в пространстве было измерено. Далее рядом с этим грузом ученые поместили довольно увесистый свинцовый куб, который весил тонну (всем ведь известно, что чем тяжелее предмет, тем сильнее его гравитационное поле притягивает окружающие предметы). В ходе данного эксперимента гравитационное поле огромного свинцового куба притянуло к себе небольшой грузик всего лишь на 0,00002 миллиметра, однако этого оказалось достаточно для того, чтобы ученым удалось подсчитать массу планеты Земля, получив такие желанные цифры.

О расширении

Как уже было выше сказано, масса Земли постоянно увеличивается. Однако стоит сказать и о том, что наша планета также и расширяется. Ведь как можно объяснить тот факт, что все материки можно без проблем сложить вместе, как один большой пазл? Может, это означает, что все они когда-то были соединены, а потом разошлись? Стоит сказать о том, что впервые о теории расширения Земли заговорил еще в далеком 1889 году ученый И.О. Юрковский. И, хотя в то время подтверждений этому еще не было, данные мысли не исчезли бесследно и время от времени посещали самых различных ученых всего мира.

О формуле

Существует довольно простая формула, которая связывает силу тяжести на Земле, ее массу, а также расстояние ее поверхности от центра. В буквенном варианте это будет выглядеть как соотношение массы Земли и квадрата расстояния от ее центра до поверхности.

О расчетах

Развитие событий

Так увеличивается ли со временем масса Земли? Да! И это было доказано современным учеными. За 50 лет наблюдений в Вашингтоне сила тяжести возросла от 980098 до 980120 миллигал. Что касается Средней Азии, то эти показатели были следующими: в среднем за год сила тяжести тут возрастала примерно на 0,05— 0,10 миллигал. Однако сколько это, много или же мало? Если просматривать полученные цифры относительно годов и даже столетий, то это очень мало. Однако если пересчитать данные показатели на миллионы лет? Ученые и это сделали. Так, за сто миллионов лет на поверхности Земли сила тяжести возросла примерно в 2,5 раза. При этом радиус нашей планеты удвоился! Интересным окажется следующий факт: еще 600 миллионов лет тому назад наша планеты бала примерно в 6-8 раз меньше современного ее варианта. Изменилась ли при этом ее масса? Однозначного ответа на это вопрос до сих пор у ученых нет. Пыль из космоса падает на Землю, это точно. Но вот сколько планета при этом теряет, не знает пока никто.

Что было?

Однако как изменялся вес нашей планеты с момента ее образования? Ученым удалось выяснить, что масса Земли на первых этапах ее зарождения была в 99 раз меньше ее теперешнего варианта. Объяснить все просто: еще до того момента, как на Земле возникла атмосфера, и она стала пригодной для жизни, нашу планету постоянно атаковали гигантские астероиды. Ученые считают, что только благодаря такому вот «обстрелу» Земля сбросила ненужный лишний вес и таким образом стала пригодной для жизни. А все потому, что данные бомбардировки привели ядро планеты в «рабочее» состояние, включив глобальный процесс внутри самой планеты.

Метод Генри Кавендиша

Стоит сказать о том, что масса Земли интересовала множество различных ученых. Один из них – Генри Кавендиш, который попытался получить данные цифры благодаря измерению гравитационной постоянной при помощи такого приспособления, как крутильные весы. К какому же выводу в итоге он пришел? Так, результаты окажутся весьма интересными. Ученый сказал, что масса планеты Земля равняется нулю, так как она находится в состоянии свободного падения, а гравитация, которая воздействует на нее со стороны иных космических объектов, взаимоуравновесилась и совершенно не приводит к изменению положения Земли на траектории ее «падения».

Сравнение: Солнце

Сравнение: Луна

Стоит также рассмотреть и несколько иные цифры. Интересно, а во сколько раз масса нашей планеты больше, нежели масса Луны, нашего постоянного спутника? Эта цифра составляет 81,3. Данное значение было принято как постоянное в 1964 году Международным астрономическим союзом. Обязательно нужно уточнить, что данный факт еще раз был подтвержден в 1966 году.

Источник

Как измеряют массу планет

Характеристики планет Солнечной системы были известны еще в средневековье, во времена Кеплера и Галилея. То есть, массу планет приблизительно можно было определить даже простыми методами и инструментами. В современной астрономии есть несколько методов расчета характеристик планет, звезд, скоплений и галактик.

Планеты солнечной системы

Интересный факт: 99,9% всей массы Солнечной системы сосредоточена в самом Солнце. На все планеты вместе взятые приходится не более 0,01%. При этом из этих 0,01%, в свою очередь, 99% массы приходится на газовые гиганты (в том числе 90% только на Юпитер и Сатурн).

Рассчитываем массу Земли и Луны

Чтобы измерить массу планет солнечной системы, проще всего в первую очередь найти значения для Земли. Как мы помним, ускорение свободного падения определяется по формуле F=mg, где m – масса тела, а F – действующая на него сила.

Параллельно вспоминаем универсальный закон всемирного тяготения Ньютона:

Сопоставив эти две формулы, и зная значение гравитационной постоянной 6,67430(15)·10−11 м³/(кг·с²), можно рассчитать массу Земли. Ускорение свободного падения на Земле мы знаем, 9,8 м/с2, радиус планеты тоже. Подставив все данные на выходе получим приблизительно 5,97 х 10²⁴ кг.

Зная массу Земли, мы легко рассчитает параметры по другим объектам Солнечной системы – Луна, планеты, Солнце и так далее. С Луной вообще все довольно просто. Здесь достаточно учесть, что расстояния от центров тел до центра масс соотносятся обратно их массам. Подставив эти цифры для Земли и ее спутника получим массу Луны 7.36 × 10²² килограмма.

Перейдем теперь к методикам измерения массы планет земной группы – Меркурий, Венера, Марс. После чего рассмотрим газовые гиганты, и в самом конце – экзопланеты, звезды и галактики.

Общие методики определения масс планет

Наиболее классический способ, как узнать массу планет – расчет при помощи формул третьего закона Кеплера. Он гласит, что квадраты периодов обращения планет соотносятся так же, как кубы больших полуосей орбит. Ньютон немного уточнил этот закон, внеся в формулу массы небесных тел. На выходе получилась такая формула –

Таким способом можно найти массу всех планет Солнечной системы и самого Солнца.И периоды обращения, и большие полуоси орбит планет Солнечной системы легко измеряются астрономическими методиками, доступными даже без сложных инструментов. А так как массу Земли мы уже рассчитали, можно все цифры подставить в формулу и найти конечный результат.

В отношении же экзопланет и других звезд (но только двойных) в астрономии обычно применяется метод анализа видимых возмущений и колебаний. Он основан на том факте, что все массивные тела “возмущают” орбиты друг друга.

Такими расчетами были открыты планеты Нептун и Плутон, еще до их визуального обнаружения, как говорят “на кончике пера”.

Значения масс планет Солнечной системы

Итак, мы разобрались с общими методиками расчета масс разных небесных тел и посчитали значения для Луны, Земли и Галактики. Давайте теперь составим рейтинг планет нашей системы по их массе.

Возглавляет рейтинг с наибольшей массой планет Солнечной системы – Юпитер, которому не хватило одного порядка чтобы наша система стала двойной. Еще чуть-чуть и у нас могло быть два Солнца, второе вместо Юпитера. Итак, масса этого газового гиганта равняется 1,9 × 10²⁷ кг.

Интересно, что Юпитер – единственная планета нашей системы, центр масс вращения с Солнцем которой расположен вне поверхности звезды. Он отстоит примерно на 7% расстояния между ними от поверхности Солнца.

Вторая по массе планета – Сатурн, его масса 5,7 × 10²⁶ кг. Следующим идет Нептун – 1 × 10²⁶. Четвёртая по массе планета, газовый гигант Уран, масса которого – 8,7 × 10²⁵ кг.

Далее идут планеты земной группы, каменистые тела, в отличие от газовых гигантов с их большим радиусом и относительно малой плотностью.

Самой тяжелой из этой группы является наша планета, ее массу мы уже рассчитали. Далее идет Венера, масса этой планеты равняется 4,9 × 10²⁴ кг. После нее в рейтинге идет Марс, он почти в 10 раз легче – 6,4 × 10²³кг. И замыкает его, как планета самой маленькой массы, Меркурий – 3,3 × 10²³кг. Что интересно, Меркурий даже легче, чем два спутника в Солнечной системе – Ганимед и Каллисто.

Определение масс звезд и галактик

Для того чтобы найти характеристики одинарных звездных систем применяется гравиметрический метод. Его суть в измерении гравитационного красного смещения света звезды. Оно измеряется по формуле ∆V=0,635 M/R, где M и R – масса и радиус звезды, соответственно.

Косвенно можно также вычислить массу звезды по видимому спектру и светимости. Сначала определяется ее класс светимости по диаграмме Герцшпрунга-Рассела, а потом вычисляется зависимость масса/светимость. Такой способ не подходит для белых карликов и нейтронных звезд.

Масса галактик вычисляется в основном по скорости вращения ее звезд (или просто по относительной скорости звезд, если это не спиральная галактика). Все тот же всемирный закон тяготения Ньютона нам гласит, что центробежную силу звезд в галактике можно выразить в формуле:

Только в этот раз в формулу мы подставляем расстояние от Солнца до центра нашей галактики и его массу. Так можно рассчитать массу Млечного Пути, которая равняется 2,2 × 10⁴⁴г.

Не забываем, что эта цифра – это масса галактики без учета звезд, орбиты которых располагаются вне орбиты вращения Солнца. Поэтому для более точных расчетов берутся самые внешние звезды рукавов спиральных галактик.

Для эллиптических галактик способ нахождения массы схож, только там берется зависимость между угловым размером, скоростью движения звезд и общей массой.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник