至親愛的小讀者大讀者：

歷史上有很多著名的科學(xué)實驗，這些實驗是美麗的，用簡單的概念，揭示了自然最普遍的規(guī)律，解答了人們長久的困惑。科寶給大家整理了這些小知識，在科學(xué)匠上連載，配合一些圖片資料，晚餐前后，爸爸媽媽們可以和孩子一起學(xué)習(xí)科學(xué)知識，讓科寶陪大家度過美好的科學(xué)親子時光吧！

還記得曹沖稱象的故事嗎？

據(jù)說三國時期，吳國的孫權(quán)給曹操送去一頭大象，曹操十分高興，帶領(lǐng)著文武百官和小兒子曹沖一同觀看。

大象又高又大，腿和柱子一樣粗，比他們平時騎的馬可大多了。曹操想知道這頭大象有多重，就問大臣們有誰能想個辦法稱出大象的重量。大臣們嘰嘰喳喳誰也沒想出什么辦法來，這時候五歲的曹沖說：“父親，我有個辦法可以稱大象的重量?！?/span>

曹沖叫人把大象趕到一只大船上，等大船停穩(wěn)了在水面達到的地方記上記號；再讓船裝上同樣多的石頭，稱出石頭的重量，就等于大象的重量了。

“曹沖稱象”這個故事中，聰明的曹沖用許多石頭代替大象，在船舷上刻劃記號，讓大象與石頭產(chǎn)生等量的效果，再一塊塊地稱出石頭的重量，使“大”轉(zhuǎn)化為“小”，分而治之，這一難題就得到圓滿的解決。

我們從曹沖稱象的故事中得到了一些啟發(fā)，看看能不能也想一個辦法稱出地球的質(zhì)量呢？

我們可以先設(shè)一個小目標(biāo)，先稱出地球的重量，然后稱太陽、稱銀河系……

可是地球那么大，用普通的稱來稱地球的重量，那是不可思議的，我們不可能造出一把這么大的稱；

即便造出來了也沒人能稱得動；

即便有人稱得動，這個人又要站在哪里稱呢？

我們試試看能不能另辟蹊徑找到一種方法來“稱”地球！

我們知道，牛頓被蘋果砸中后思考引力問題，然后提出了萬有引力定律。

牛頓想，為什么物體會往地上掉，而不是往其他方向掉，可能是因為地球吸引了它。為什么月球繞著地球轉(zhuǎn)，地球又繞著太陽轉(zhuǎn)，是不是也有一種力吸引了它呢？

牛頓想啊想，根據(jù)當(dāng)時已經(jīng)有的一些科學(xué)基礎(chǔ)，比如開普勒行星運動三定律，推導(dǎo)出了萬有引力定律的公式：兩個物體之間的引力的大小，等于這兩個物體質(zhì)量的乘積除以他們之間的距離的平方，最后乘以一個引力常數(shù)G。

牛頓提出萬有引力定律，當(dāng)時震驚了許多人，誰能想到果園里的一只蘋果落到地上，竟然和天上的行星運轉(zhuǎn)、海水的潮汐現(xiàn)象是一個道理！牛頓簡直是揭開了上帝創(chuàng)造世界并使之運轉(zhuǎn)的規(guī)律！

當(dāng)時英國的著名詩人亞麗莎大·波普,就寫詩贊美牛頓：

牛頓是偉大的！但是牛頓并沒有解決所有的問題，比如在萬有引力這個公式中，牛頓并沒說這個引力常數(shù)G到底是多少，因此并不能用這個公式計算出兩個物體的引力。

但是我們知道地球?qū)ξ覀兊囊τ卸啻?，這個力大約是每千克質(zhì)量受到10牛頓的引力，而且我們也已經(jīng)知道從地面到地心的距離。這就相當(dāng)于萬有引力公式中我們知道了等號左邊的力F，右邊的一個物體質(zhì)量m和距離r，只要知道這個引力常數(shù)G，就能計算出地球的質(zhì)量M了。

曹沖稱象把稱大象換成了稱石頭，現(xiàn)在我們稱地球的小目標(biāo)，也就變成了求牛頓萬有引力公式中的引力常數(shù)G的值。嗯我的似乎找到了一條稱地球的途徑，下一步我們來看看這個方法是不是可行的。

解釋一下，引力常數(shù)G是一個非常小的值，雖然萬有引力告訴我們，質(zhì)量越大的物體引力越大，但是貌似胖子的吸引力也就那樣。。。

受到了一萬點傷害的胖子

有一個我們司空見慣的現(xiàn)象，可以用來說明萬有引力的微弱：一根鐵針放在桌子，我們拿一塊磁鐵在上面吸，針很容易就被吸到磁鐵上。我們會覺得這很平常啊，要是針不被吸到磁鐵上才奇怪呢，但是我們再想想：磁鐵把鐵針往上吸，而下面可是有一個60萬億億噸重的地球在往下吸鐵針，但是最后只有幾十克的磁鐵把地球打敗了。可見相比起電磁力，萬有引力是多么微弱啊。

呃…小編剛剛貌似泄題了。。。

不許看答案，都不許看答案！我們繼續(xù)想辦法稱地球。

前面我們要說到了，如果能知道兩個1千克的小球，在相距1米的地方能產(chǎn)生多大的引力，這個數(shù)值就是萬有引力常數(shù)的值了?？涩F(xiàn)在問題就在于，兩個1千克的小球引力實在太微弱了，根本測不出啊啊啊。。。

但是有的人偏生就喜歡做一點有挑戰(zhàn)性的事情，偏生還頭腦特別發(fā)達，偏生還就挑戰(zhàn)成功了~

于是我們今天的主角卡文迪許閃亮登場了，他就是那個“稱”地球的人！此人姓卡文迪許，名亨利，1731年出生在英國的一個貴族家庭。據(jù)說卡文迪許從祖上繼承了大筆遺產(chǎn)，“咱不差錢”，還被稱為“最博學(xué)的富豪”。

亨利·卡文迪許

1731-1810

卡文迪許是一個“科學(xué)怪人”，他性格內(nèi)向靦腆，不喜歡交際，不善于言談，而且終身未婚?？ㄎ牡显S為了搞科學(xué)研究，還把客廳改成了他的實驗室，臥室里也經(jīng)常放一些望遠鏡之類的觀察儀器，以便隨時觀察天象。

他研究科學(xué)純粹是為了個人愛好，很少發(fā)表他的研究成果，直到麥克斯韋整理出版了他的手稿，人們才知道他在科學(xué)方面的許多成就。給地球“稱重”實驗，便是是其中之一，這個實驗叫扭稱實驗，排名“十大最美物理學(xué)實驗”第六。

既然萬有引力這么弱，那么要測出引力常數(shù)G的值，就要放大引力現(xiàn)象，讓本來不易被觀察到的引力現(xiàn)象變成易于觀察的現(xiàn)象。

嗯，對的，就是這樣子?？ㄎ牡显S想，然后著手設(shè)計實驗。

這個偏生頭腦發(fā)達、還偏生有錢的科學(xué)怪人做了一把扭稱：

卡文迪許用兩個質(zhì)量一樣的鉛球分別放在扭稱兩端，中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。用一束光線照到鏡子上，然后鏡子把光線反射到的很遠很遠的一塊尺子上。他記錄下這時候光線在尺子上位置。

然后用兩個質(zhì)量一樣的鉛球分別放在扭稱兩端，吸引扭稱上的兩個鉛球。這時候扭稱旋轉(zhuǎn)了很小的一個角度，人的肉眼看不到，但是扭稱的鏡子反射光線的角度改變了呀，遠處尺子上的光線發(fā)生了偏移。

噔噔噔~卡文迪許巧妙地將微弱的引力放大稱可以觀察到的光線角度偏移，并且成功計算出萬有引力公式中引力常數(shù)G的值，G=6.7×10^-11。

負11次方誒，真的很小很小。

現(xiàn)在有了G的值，將萬有引力公式中的其他變量輸入，就可以算出了地球的重量是60萬億億噸；同樣的方法，還能還稱出了太陽的重量，稱出太陽系里所有行星的重量。

看吧，先定一個能達到的小目標(biāo)是多么重要。

很神奇有木有，實驗室里這樣一把特殊的“稱”，居然能稱出一個星球這么龐然大物的“體重！”，憑借著少量已知的事實，推導(dǎo)出世界運轉(zhuǎn)的規(guī)律，這大概也是科學(xué)的魅力之一吧。

今天英國劍橋大學(xué)的物理系叫卡文迪許實驗室，由麥克斯韋于1871年創(chuàng)立，就是為了紀(jì)念卡文迪許在科學(xué)上做出的貢獻。

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