ניסוי לשקילת כדור הארץ לפני יותר מ-200 שנה

[מודעה_1]

בשנת 1798, המדען הנרי קוונדיש ערך ניסויים עם כדורים בחדר חשוך ואטום, וחישב צפיפות משוערת של כדור הארץ.

כדור הארץ והירח. צילום: נאס — כדור הארץ והירח. צילום: *נאס"א*

בסוף המאה ה-17, המדען אייזק ניוטון הציע את חוק הכבידה האוניברסלית: כל חלקיק מושך כל חלקיק אחר ביקום בכוח (F) הנקבע על ידי המסה שלהם (M) וריבוע המרחק בין מרכזי העצמים (R). כאשר G הוא קבוע הכבידה, המשוואה לחוק זה היא: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

לכן, אם יודעים את המסה של אחד העצמים ואת המידע האחר במשוואה, ניתן לחשב את המסה של העצם השני. בהנחה שמדובר באדם שמסתו ידועה, אדם זה יכול לחשב את המסה של כדור הארץ אם הוא יודע כמה רחוק הוא ממרכז כדור הארץ. הבעיה היא שבתקופתו של ניוטון, מדענים עדיין לא קבעו את G, כך ששקילת כדור הארץ הייתה בלתי אפשרית.

ידיעת המסה והצפיפות של כדור הארץ תהיה שימושית ביותר לאסטרונומים משום שהיא תעזור להם לחשב את המסות והצפיפויות של עצמים אחרים במערכת השמש. בשנת 1772, החברה המלכותית של לונדון הקימה את "ועדת הכבידה" כדי לחקור זאת.

בשנת 1774, קבוצת מומחים ניסתה למדוד את הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ באמצעות הר שיהאליון בסקוטלנד. הם הראו שהמסה העצומה של שיהאליון מושכת מטוטלות אליה. לכן הם חישבו את צפיפות כדור הארץ על ידי מדידת תנועת המטוטלת וסקירת ההר. עם זאת, מדידה זו לא הייתה מדויקת במיוחד.

איור של המדען הנרי קוונדיש וניסוי שקילת כדור הארץ שלו. צילום: ויקימדיה — איור של המדען הנרי קוונדיש ומערכת הניסויים שלו "שוקלים" את כדור הארץ. צילום: *ויקימדיה*

הגיאולוג הכומר ג'ון מישל חקר גם הוא את מסת כדור הארץ אך לא הצליח להשלים זאת לפני מותו. המדען האנגלי הנרי קוונדיש השתמש בציוד של מישל כדי לבצע את הניסוי.

הוא בנה משקולת גדולה, עם כדורי עופרת ברוחב 5 ס"מ המחוברים לקצותיו של מוט עץ באורך 183 ס"מ. מוט העץ נתלה על חוט במרכז ויכול היה להסתובב בחופשיות. לאחר מכן, משקולת שנייה עם שני כדורי עופרת ברוחב 30 ס"מ, במשקל 159 ק"ג כל אחד, הובאה קרוב למשקולת הראשונה כך שהכדורים הגדולים משכו את הקטנים יותר, והפעילו כוח קל על המוט התלוי. קוונדיש צפה במוט מתנדנד במשך שעות רבות.

כוח המשיכה בין הכדורים היה כה חלש, שאפילו זרם אוויר קל ביותר היה יכול להרוס את הניסוי העדין. קוונדיש הציב את המכשיר בתא אטום כדי למנוע זרמי אוויר חיצוניים. הוא השתמש בטלסקופ כדי לצפות בניסוי דרך חלון והקים מערכת גלגלות כדי להזיז את המשקולות מבחוץ. החדר נשמר חשוך כדי למנוע הפרשי טמפרטורה בין חלקים שונים בחדר שעלולים להשפיע על הניסוי.

ביוני 1798, פרסם קוונדיש את תוצאותיו בכתב העת Transactions of the Royal Society במחקר שכותרתו "ניסוי לקביעת צפיפות כדור הארץ". הוא הציג כי צפיפות כדור הארץ גדולה פי 5.48 מזו של מים, או 5.48 גרם/סמ"ק, קרוב למדי לערך המודרני של 5.51 גרם/סמ"ק.

הניסוי של קוונדיש היה חשוב לא רק למדידת הצפיפות והמסה של כדור הארץ (המוערכת ב-5.974 קוודריליון קילוגרמים), אלא גם להוכחת חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון מתקיים גם בקני מידה קטנים בהרבה מקנה המידה של מערכת השמש. מאז סוף המאה ה-19, גרסאות משופרות של ניסוי קוונדיש שימשו לקביעת G.

ת'או טאו (על פי IFL Science , APS )

[מודעה_2]
קישור למקור