Trái đất nặng bao nhiêu và làm thế nào để cân Trái đất bằng những quả cầu kim loại nhỏ?

Chúng ta có thể đo khối lượng của nhiều thứ trong cuộc sống này bằng cách sử dụng cân bàn, cân điện tử... Nhưng làm sao để đo trọng lượng của Trái đất?

Đỗ Thu Nga Theo dõi
Sống Đẹp
Nguồn: Internet

Hai phương pháp đo khối lượng Trái đất từng được sử dụng

Trái đất là hành tinh thứ 3 trong Hệ mặt trời, được hình thành cách đây 4,6 tỷ năm và là hình tinh duy nhất có sự sống. Vậy hành tinh xanh này nặng bao nhiêu kg và giới khoa học đã làm cách nào để được được trọng lượng của Trái đất.

Theo tìm hiểu, từng 2 phương pháp chính để đo trọng lượng của Trái đất. Cách đơn giản nhất là đo trọng lượng của một đối tượng trên bề mặt Trái đất, sau đó suy ra khối lượng bằng công thức của Isaac Newton năm 1687 về định luật vạn vật hấp dẫn, kết nối khoảng cách và khối lượng của hai đối tượng với lực hấp dẫn mà chúng tạo ra.

Trai-dat-nang-bao-nhieu-can-0

Ở trong cuốn luận thuyết Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Các Nguyên lý Toán học của Triết học Tự nhiên) xuất bản năm 1687, ông đã mô tả về luật vạn vật hấp dẫn và đưa ra 3 định luật Newton, được coi là nền tảng của cơ học cổ điển, đã thống trị các quan niệm về vật lý, khoa học trong suốt 3 thế kỷ tiếp theo.

Từ phương pháp của Newton có thể thấy khối lượng của Trái đất là khoảng 6,102 x 10^24kg. Tuy nhiên, phép đo này chỉ là gần đúng, do vì Trái đất không hoàn toàn hình cầu nên bán kính không đồng nhất.  Vậy nên, con số khối lượng này hiện chỉ được sử dụng như một tài liệu tham khảo. 

Trai-dat-nang-bao-nhieu-can-8
Theo cách tính của Kepler, khối lượng Trái đất chính xác 5,972 x 10^24kg

Phương pháp thứ 2 được sử dụng dựa trên định luật thứ 3 của Kepler từ thế kỷ XVII. Johannes Kepler (1571 - 1630), là một nhà toán học, thiên văn học và chiêm tinh học người Đức. Là 1 trong những đại diện của cuộc cách mạng khoa học thế kỷ 17. Kepler được biết đến nhiều nhất bởi các định luật về chuyển động thiên thể mang tên ông. Phương pháp này kết nối các thông số quỹ đạo của vệ tinh Kepler từ thế kỷ XVII. Johannes Kepler (1571 - 1630), là một nhà toán học, thiên văn học và chiêm tinh học người Đức

Vào năm 1976, NASA đã đưa lên quỹ đạo một vệ tinh Lageos-1, là một quả cầu lớn bằng hợp kim đồng - kẽm được bao phủ với những mặt lõm phản xạ có đường kính 60 cm. Thời gian trễ giữa đường truyền và phản xạ của tia Laser được ghi nhận nhằm suy ra khoảng cách của vệ tinh với Trái đất gần như chính xác tuyệt đối giúp thiết lập được giá trị của khối lượng Trái đất chính xác 5,972 x 10^24 kg.

Thí nghiệm Cavendish: Cân Trái đất bằng những quả cầu kim loại

Trong các công trình nghiên cứu của Cavendish, nổi bật nhất là thí nghiệp giúp ông xác định khối lượng Trái đất. Ngày nay, giới nghiên cứu gọi là "Thí nghiệm Cavendish". 

Thí nghiệm này được thực hiện vào năm 1797–1798: trên tiền đề rằng khối lượng của quả cầu kim loại đã được biết, giá trị của hằng số hấp dẫn có thể được tính bằng cách đo lực hấp dẫn lên quả cầu. Trên cơ sở nắm vững giá trị này và biết cường độ của lực hấp dẫn của Trái Đất, Cavendish đã sử dụng công thức Newton để suy ra khối lượng của Trái Đất khi đó chưa được biết đến.

Trai-dat-nang-bao-nhieu-can-7

Tuy nhiên, điều này nói thì dễ hơn làm. Vì lực hấp dẫn của các vật thể bình thường là cực kỳ yếu, nên nó sẽ phải sử dụng các vật cực nặng để hoạt động. Khi đó, Cavendish đã sử dụng một viên chì có khối lượng hàng trăm kg, và kết quả mà ông tính toán ra chỉ có chỉ sai số là 1%!

Theo tính toán, Cavendish cho rằng khối lượng của Trái đất là khoảng 6 × 10 ^ 24 kg. Sai đố tính toán của ông về khối lượng Trái đất khi tính bằng kg vẫn là cực lớn. Nhưng thời điểm đó, việc thực hiện thí nghiệm và tính toán như vậy đã là điều không tưởng.

Trai-dat-nang-bao-nhieu-can-6

Và theo thời gian, quy mô cuộc thử nghiệm đã được giảm bớt nhưng nguyên tắc vẫn được giữ nguyên. Khi những quả cầu được treo lơ lửng bị thu hút bởi một vật ở gần, nó sẽ kéo thanh nối với nó để di chuyển. Bằng cách đo góc quay, các nhà nghiên cứu có thể suy ra độ lớn của độ dịch chuyển và độ lớn của lực hấp dẫn.

Lần này, các nhà nghiên cứu Áo đã sử dụng 1 quả cầu vàng có dường kính là 2mm và khối lượng chưa đến 0,1g. Sau khi đo độ lớn của lực hấp dẫn, họ ước tính giá trị của hằng số hấp dẫn theo phương pháp của Cavendish. 

Trai-dat-nang-bao-nhieu-can-5
Các nhà nghiên cứu của Áo tiến hành các thí nghiệm trong thiết lập chân không

Trên thực tế, thí nghiệm này có sai số lên tới 10% giữa khối lượng của Trái Đất được tính toán và khối lượng của Trái đất đã biết. Mặc dù sai số này có vẻ lớn, nhưng đây là lần đầu tiên người ta phát hiện ra lực hút yếu mà một vật thể nhẹ như vậy có thể tạo ra.

Thực tế, lý do khiến các nhà nghiên cứu đưa quả cầu nhỏ nư vậy vào thiết bị thí nghiệm không phải để tính toán khối lượng của Trái đất, mà là để xác minh xem định luật hấp dẫn có thực sự phổ quát hay không.

(Tổng hợp)

Xem thêm: Nhìn ngắm vẻ đẹp ngoạn mục của Trái đất từ không gian thông qua bộ ảnh NASA chụp lại

Đọc thêm

Các nhà nghiên cứu mới chỉ tìm ra các hành tinh có đặc điểm giống Trái đất chứ chưa tìm ra cái nào giống hoàn toàn về mọi mặt. Vậy, liệu Trái đất có phải là một hành tinh "đột biến" không?

Trái đất đã phát triển theo cách không giống ai, là một hành tinh 'đột biến'?
0 Bình luận

Một nghiên cứu mới chỉ ra, cuộc đại tuyệt chủng cách đây khoảng 250 triệu năm do những vi khuẩn bé "thở" ra khí độc hại.

Phát hiện 'sát thủ' bé nhỏ thở ra khí độc gây nên thời kỳ chết chóc kinh hoàng trong lịch sử Trái đất
0 Bình luận

Theo các nhà nghiên cứu, Trái đất thật sự không gắn chặt với 2 lớp lõi bên trong, đã bị xoay nghiêng trong kỷ Phấn Trắng như một quả cầu lỏng. Bắc Cực đã chạy lung tung trong suốt 84 triệu năm qua.

Trái đất bị tách vỏ, lõi bên trong xoay nghiêng như một quả cầu lỏng
0 Bình luận


Bài mới

Tình anh em – Câu chuyện nhân văn cảm động

Qua câu chuyện của bố và chú tôi nhận ra rằng, chỉ cần mình đặt cái tôi xuống một chút thì mọi tổn thương trong các mối quan hệ đều được chữa lành và tình anh em cũng thế.

Diệu Nguyễn
Diệu Nguyễn 2 giờ trước
Trưởng công an xã xây nhà cho dân bằng tiền tiết kiệm

Thương cho cảnh khó khăn của bốn bà cháu phải sống trong căn nhà dột nát, trưởng công an xã Ia Mrơn, huyện Ia Pa, Gia Lai đã tự bỏ 60 triệu tiền tiết kiệm để hỗ trợ.

Diệu Nguyễn
Diệu Nguyễn 9 giờ trước
Thắng đời 2 - 0: Jenny Huỳnh vừa đỗ đại học top 1 nước Mỹ, vừa đỗ đại học top 1 Trung Quốc 

Jenny Huỳnh vừa trở thành sinh viên trao đổi tại ĐH Bắc Kinh sau 2 năm theo học tại  Đại học Stanford, ngôi trường xếp hạng 6 thế giới (theo xếp hạng của QS World University Ranking 2025).

Đỗ Thu Nga
Đỗ Thu Nga 4 ngày trước
Cổ nhân nói: 4 người này ở cạnh sẽ quyết định sự thành bại của đời bạn

Những người xung quanh có ảnh hưởng khá lớn đến mỗi chúng ta. Vậy nên cổ nhân đã đúc kết và chỉ ra 4 người ở cạnh sẽ quyết thành bại của đời bạn. Đó là ai?

Cổ nhân dạy: “Thiên hạ mạc nhu nhược vu thủy, nhi công kiên cường giả, mạc chi năng thắng”

Câu nói trên của cổ nhân mang ý nghĩa, thiên hạ không có thứ gì có thể mềm yếu như nước, nhưng khi dùng để tấn công kẻ mạnh thì lại cũng không có gì có thể thắng được nước.

Người xưa nói: Bát đại kỵ trước cổng nhà, không lụi bại cũng lao đao

Khi nắm rõ được phong thủy cổng nhà, bạn sẽ biết vì sao người xưa nói: "Bát đại kỵ trước cổng nhà, không lụi cũng bại". 

Chọn chung cư có 5 'tầng vàng': Cuộc sống dễ chịu, giá trị tăng dần theo thời gian

Chọn được căn hộ chung cư ở tầng phù hợp sẽ giúp cho gia đình bạn có cuộc sống thoải mái. Về lâu về dài còn tăng giá trị bất động sản.

Về đây bố nuôi – Câu chuyện nhân văn cảm động

Trải qua nhiều bão tố cuộc đời, nó vẫn vững vàng bước tiếp vì nó biết đằng sau luôn có bố dõi theo với lời khẳng định chắc nịch: “Về đây bố nuôi!”.

Nhớ bát canh chua ngoại nấu – Câu chuyện nhân văn cảm động

Từ ngày ngoại mất, chúng tôi cũng ít về quê hẳn và cũng đã lâu anh em chẳng còn giành nhau chút canh chua còn dư trong bát như ngày còn được ở với ngoại.

Nhà đâu mà về - Câu chuyện nhân văn đáng ngẫm

Mỗi khi nhìn mẹ, nghe mẹ nói "nhà đâu mà về" rồi nghĩ đến cảnh người ta có nhà, có quê để về mình thì không tôi lại xót xa, thương mẹ vô cùng.

Nam sinh 22 tuổi giành học bổng tiến sĩ tại 11 trường đại học Mỹ

Điểm học tập ấn tượng 3.99/4 cùng niềm say mê nghiên cứu giúp nam sinh Hà Hải Dương, 22 tuổi chinh phục 11 trường đại học, trong đó có 8 trường top đầu Mỹ.

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 công bố đề thi minh họa kỳ thi riêng 2025

Năm 2025, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 tổ chức kỳ thi độc lập để xét tuyển đại học. Đề minh họa của kỳ thi này vừa được nhà trường công bố.

Tri ân tới những “bóng hồng” lặng lẽ sau tiếng chổi tre

Dự án "Light - Ánh sáng đêm" được khởi xướng như một lời tri ân chân thành đối với những người phụ nữ thầm lặng, ngày đêm làm việc dưới ánh đèn đường để giữ gìn sự sạch sẽ, xanh tươi cho thủ đô Hà Nội.

Quản lý tài chính thành công với quy tắc 5 chiếc lọ của người Do Thái

Người Do Thái luôn dạy con cái của họ kỹ năng kiếm tiền và quản lý tài chính để có một tương lai tươi sáng. Và cách nọ quản lý tài nắm nằm ở quy tắc 5 chiếc lọ.

7 kiểu tiết kiệm mà người giàu sẽ không bao giờ làm nhưng người nghèo rất thích làm

Quản lý tài chính tốt sẽ giúp cải thiện chất lượng cuộc sống. Nhưng những hành động sai lầm có thể khiến bạn phải trải qua những ngày khó khăn, tiền bạc sẽ "không cánh mà bay".

Con dâu cũ – Câu chuyện nhân văn cảm động

Sau những chuyện đã xảy ra, tôi thấy mãn nguyện và nhẹ nhõm vô cùng khi được tận tay tặng quà, chúc phúc cho con dâu cũ của mình.

Đề xuất