橋本裕の日記
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| 2004年06月22日(火) |
5円玉で地球の重さを測る |
昨日は、地球の重さを量ったキャベンディッシュの話をしたが、もっと身近なとこころでは、「5円玉で地球の重さを量ろう」という実験がある。今日はその話をしよう。
M(地球の質量)=g×rの2乗/G ・・・・・・・��
この式で、地球の半径rと重力加速度gを既知量として、万有引力定数Gを測ることを考えたわけだが、地球の半径と万有引力定数を既知量とすれば、重力加速度gを求めることが、つまり「地球の重さ」を測ることになる。万有引力定数Gを測るのは素人には無理だが、重力加速度の方は「五円玉」で簡単に測ることができる。
どうするかと言えば、5円玉に1メートルの糸をつないで、振り子にするのである。5円玉を揺らせて、その周期T(秒)を測る。そうすると、次のような公式を使って、重力加速度gが計算される。
g=4×πの二乗×糸の長さ/Tの二乗 ・・・・・��
ここで、π=3.14(円周率)とする。振り子の周期を測ってみると、1メートルの糸で実験すると、約2秒である。そこでこれらの数字をあてはめてみればよい。
g=4×3.14×3.14×1/2×2=9.85
これに次の二つの定数の値を加えて、��式に代入してみればよい。 r(地球の半径)=6.37×1000000(メートル) G(万有引力定数)=0.0000000000667
この結果、地球の質量が次のように得られる。
M=6×1000000000000000000000000(kg) =6×10の24乗=6×10^24
「5円玉で地球の重さを量る」というのは、肝心の万有引力定数をすでに既知のものとしているので、いささか誇大広告だといえないことはないが、ガリレオの発見した「振り子の等時性」を使った小学生にでもできる実験なので面白い。子どもにはまずはこの実験をしたうえで、キャベンディッシュの話をしてやればよい。
その他、5円玉を落下させて、重力加速度gを測定するという方法もある。この場合は、落下距離を2倍して、かかった時間の2乗で割ってやればよい。5円玉の落下地点を少しずつ高くしていき、5円玉が床に落ちて音を立てるまでの時間が1秒になる高さを測ると、約5メートルだということがわかる。これから、g=10という値が得られる。式で書くと、次のようになる。なお、gの単位は(メートル/秒の2乗)である。
g=2×落下距離/時間の二乗 =2×5/1×1 =10
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