Πείραμα για τη «ζύγιση» της Γης πριν από περισσότερα από 200 χρόνια

Το 1798, ο επιστήμονας Χένρι Κάβεντις διεξήγαγε πειράματα με σφαίρες σε ένα σκοτεινό, σφραγισμένο δωμάτιο και υπολόγισε μια κατά προσέγγιση πυκνότητα της Γης.

Η Γη και η Σελήνη. Φωτογραφία: NASA

Στα τέλη του 17ου αιώνα, ο επιστήμονας Ισαάκ Νεύτωνας πρότεινε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης: Κάθε σωματίδιο έλκει κάθε άλλο σωματίδιο στο σύμπαν με μια δύναμη (F) που καθορίζεται από τη μάζα του (M) και το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των κέντρων των αντικειμένων (R). Με G να είναι η σταθερά βαρύτητας, η εξίσωση για αυτόν τον νόμο είναι: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Έτσι, αν κάποιος γνωρίζει τη μάζα ενός από τα αντικείμενα και τις άλλες πληροφορίες στην εξίσωση, μπορεί να υπολογίσει τη μάζα του δεύτερου αντικειμένου. Υποθέτοντας ότι πρόκειται για ένα άτομο του οποίου η μάζα είναι γνωστή, αυτό το άτομο μπορεί να υπολογίσει τη μάζα της Γης αν γνωρίζει πόσο μακριά βρίσκεται από το κέντρο της Γης. Το πρόβλημα είναι ότι στην εποχή του Νεύτωνα, οι επιστήμονες δεν είχαν ακόμη προσδιορίσει το G, επομένως η ζύγιση της Γης ήταν αδύνατη.

Η γνώση της μάζας και της πυκνότητας της Γης θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμη για τους αστρονόμους, επειδή θα τους βοηθούσε να υπολογίσουν τις μάζες και τις πυκνότητες άλλων αντικειμένων στο Ηλιακό Σύστημα. Το 1772, η Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου ίδρυσε την «Επιτροπή Βαρύτητας» για να μελετήσει αυτό το θέμα.

Το 1774, μια ομάδα ειδικών προσπάθησε να μετρήσει τη μέση πυκνότητα της Γης χρησιμοποιώντας το όρος Schiehallion στη Σκωτία. Έδειξαν ότι η τεράστια μάζα του Schiehallion προσέλκυε εκκρεμή προς το μέρος της. Έτσι, υπολόγισαν την πυκνότητα της Γης μετρώντας την κίνηση του εκκρεμούς και επισκοπώντας το βουνό. Ωστόσο, αυτή η μέτρηση δεν ήταν πολύ ακριβής.

Εικονογράφηση του επιστήμονα Χένρι Κάβεντις και του πειράματός του με τη «ζύγιση» της Γης. Φωτογραφία: Wikimedia

Ο γεωλόγος Αιδεσιμότατος Τζον Μίτσελ μελέτησε επίσης τη μάζα της Γης, αλλά δεν μπόρεσε να την ολοκληρώσει πριν από τον θάνατό του. Ο Άγγλος επιστήμονας Χένρι Κάβεντις χρησιμοποίησε τον εξοπλισμό του Μίτσελ για να πραγματοποιήσει το πείραμα.

Κατασκεύασε έναν μεγάλο αλτήρα, με μολύβδινες σφαίρες πλάτους 5 εκατοστών προσαρτημένες στις άκρες μιας ξύλινης ράβδου μήκους 183 εκατοστών. Η ξύλινη ράβδος κρεμόταν από ένα σπάγκο στο κέντρο και μπορούσε να περιστρέφεται ελεύθερα. Στη συνέχεια, ένας δεύτερος αλτήρας με δύο μολύβδινες σφαίρες πλάτους 30 εκατοστών, βάρους 159 κιλών η καθεμία, φέρθηκε κοντά στον πρώτο αλτήρα, έτσι ώστε οι μεγάλες σφαίρες να προσελκύσουν τις μικρότερες, ασκώντας μια μικρή δύναμη στην κρεμαστή ράβδο. Ο Κάβεντις παρακολουθούσε τη ράβδο να ταλαντώνεται για πολλές ώρες.

Η βαρυτική έλξη μεταξύ των σφαιρών ήταν τόσο ασθενής που ακόμη και το παραμικρό ρεύμα αέρα θα μπορούσε να καταστρέψει το ευαίσθητο πείραμα. Ο Κάβεντις τοποθέτησε τη συσκευή σε έναν σφραγισμένο θάλαμο για να αποφύγει τα εξωτερικά ρεύματα αέρα. Χρησιμοποίησε ένα τηλεσκόπιο για να παρατηρήσει το πείραμα μέσα από ένα παράθυρο και εγκατέστησε ένα σύστημα τροχαλιών για να μετακινεί τα βάρη από έξω. Το δωμάτιο διατηρήθηκε σκοτεινό για να αποφευχθούν οι διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των διαφόρων μερών του δωματίου που θα μπορούσαν να επηρεάσουν το πείραμα.

Τον Ιούνιο του 1798, ο Κάβεντις δημοσίευσε τα αποτελέσματά του στο περιοδικό Transactions of the Royal Society σε μια μελέτη με τίτλο «Ένα πείραμα για τον προσδιορισμό της πυκνότητας της Γης». Παρουσίασε ότι η πυκνότητα της Γης ήταν 5,48 φορές μεγαλύτερη από αυτή του νερού, ή 5,48 g/cm3, αρκετά κοντά στη σύγχρονη τιμή των 5,51 g/cm3.

Το πείραμα του Κάβεντις ήταν σημαντικό όχι μόνο για τη μέτρηση της πυκνότητας και της μάζας της Γης (η οποία εκτιμάται σε 5,974 τετράκις εκατομμύρια κιλά), αλλά και για την απόδειξη ότι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης του Νεύτωνα ισχύει και σε κλίμακες πολύ μικρότερες από την κλίμακα του Ηλιακού Συστήματος. Από τα τέλη του 19ου αιώνα, βελτιωμένες εκδόσεις του πειράματος Κάβεντις έχουν χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό του G.

Thu Thao (Σύμφωνα με το IFL Science , APS )

Σύνδεσμος πηγής: https://vnexpress.net/thi-nghiem-can-trai-dat-cach-day-hon-200-nam-4616753.html