V roce 1798 provedl vědec Henry Cavendish experimenty s koulemi v temné, uzavřené místnosti a vypočítal přibližnou hustotu Země.
Země a Měsíc. Foto: NASA
Koncem 17. století vědec Isaac Newton navrhl zákon univerzální gravitace: Každá částice přitahuje všechny ostatní částice ve vesmíru silou (F) určenou její hmotností (M) a druhou mocninou vzdálenosti mezi středy objektů (R). Vzhledem k tomu, že G je gravitační konstanta, rovnice pro tento zákon je: F = G(M1xM2/ R2 ).
Pokud tedy zná člověk hmotnost jednoho z objektů a další informaci v rovnici, může vypočítat hmotnost druhého objektu. Za předpokladu, že osoba zná hmotnost, může tato osoba vypočítat hmotnost Země, pokud ví, jak daleko je od středu Země. Problém je v tom, že v Newtonově době vědci ještě nestanovili G, takže zvážení Země bylo nemožné.
Znalost hmotnosti a hustoty Země by byla pro astronomy nesmírně užitečná, protože by jim pomohla vypočítat hmotnosti a hustoty jiných objektů ve sluneční soustavě. V roce 1772 založila Královská společnost v Londýně „Gravitační výbor“, aby se tímto tématem zabýval.
V roce 1774 se skupina expertů pokusila změřit průměrnou hustotu Země pomocí hory Schiehallion ve Skotsku. Ukázali, že masivní hmota hory Schiehallion přitahuje kyvadla. Vypočítali tedy hustotu Země měřením pohybu kyvadla a zaměřením hory. Toto měření však nebylo příliš přesné.
Ilustrace vědce Henryho Cavendishe a jeho experimentální sady „vážící“ Zemi. Foto: Wikimedia
Geolog reverend John Michell také studoval hmotnost Země, ale nebyl schopen ji dokončit před svou smrtí. Anglický vědec Henry Cavendish použil Michellovo vybavení k provedení experimentu.
Zkonstruoval velkou činku s 5 cm širokými olověnými koulemi připevněnými na koncích 183 cm dlouhé dřevěné tyče. Dřevěná tyč byla zavěšena na provázku uprostřed a mohla se volně otáčet. Poté byla k první čince přiblížena druhá činka se dvěma 30 cm širokými olověnými koulemi o hmotnosti 159 kg, takže velké koule přitahovaly menší a vyvíjely mírnou sílu na zavěšenou tyč. Cavendish pozoroval kmitání tyče po mnoho hodin.
Gravitační přitažlivost mezi koulemi byla tak slabá, že i sebemenší proudění vzduchu mohlo zničit delikátní experiment. Cavendish umístil aparaturu do uzavřené komory, aby se zabránilo proudění vzduchu zvenčí. Experiment pozoroval oknem pomocí dalekohledu a závaží zvenčí přemisťoval pomocí kladkového systému. Místnost byla zatemněna, aby se zabránilo teplotním rozdílům mezi různými částmi místnosti, které by mohly experiment ovlivnit.
V červnu 1798 Cavendish publikoval své výsledky v časopise Transactions of the Royal Society ve studii s názvem „Experiment o stanovení hustoty Země“. Uvedl, že hustota Země je 5,48krát větší než hustota vody, tj. 5,48 g/cm³, což je poměrně blízko moderní hodnotě 5,51 g/cm³.
Cavendishův experiment byl důležitý nejen pro měření hustoty a hmotnosti Země (odhadované na 5,974 kvadrilionů kilogramů), ale také pro demonstraci, že Newtonův zákon univerzální gravitace platí i v měřítkách mnohem menších, než je měřítko sluneční soustavy. Od konce 19. století se k určení G používají vylepšené verze Cavendishova experimentu.
Thu Thao (podle IFL Science , APS )
Zdrojový odkaz
Komentář (0)