200년 전 지구 '무게 측정' 실험

1798년, 과학자 헨리 캐번디시는 어둡고 밀폐된 방에서 구체를 이용한 실험을 통해 지구의 대략적인 밀도를 계산했습니다.

지구와 달. 사진: NASA

1600년대 후반, 과학자 아이작 뉴턴은 만유인력의 법칙을 제안했습니다. 모든 입자는 우주의 다른 모든 입자를 끌어당기는데, 이 힘(F)은 입자의 질량(M)과 두 입자의 중심 간 거리의 제곱(R)에 의해 결정됩니다. 중력 상수 G를 사용하면, 이 법칙의 방정식은 다음과 같습니다. F = G(M1xM2/ ^R2 ).

따라서 한 물체의 질량과 방정식의 다른 정보를 알면 두 번째 물체의 질량을 계산할 수 있습니다. 질량을 아는 사람이 있다고 가정하면, 이 사람은 지구 중심에서 얼마나 떨어져 있는지 알면 지구의 질량을 계산할 수 있습니다. 문제는 뉴턴 시대에는 과학자들이 아직 중력가속도(G)를 결정하지 못했기 때문에 지구의 무게를 측정하는 것이 불가능했다는 것입니다.

지구의 질량과 밀도를 아는 것은 천문학자들에게 매우 유용할 것입니다. 태양계의 다른 천체들의 질량과 밀도를 계산하는 데 도움이 될 것이기 때문입니다. 1772년, 런던 왕립학회는 이를 연구하기 위해 "중력 위원회"를 설립했습니다.

1774년, 한 무리의 전문가들이 스코틀랜드의 쉬할리온 산을 이용하여 지구의 평균 밀도를 측정하려고 시도했습니다. 그들은 쉬할리온 산의 거대한 질량이 진자를 끌어당긴다는 것을 보였습니다. 그래서 그들은 진자의 운동을 측정하고 산을 측량하여 지구의 밀도를 계산했습니다. 그러나 이 측정은 그다지 정확하지 않았습니다.

과학자 헨리 캐번디시와 그의 실험 장비가 지구의 무게를 측정하는 모습을 담은 그림. 사진: 위키미디어

지질학자 존 미첼 목사도 지구의 질량을 연구했지만, 생전에 완성하지 못했습니다. 영국의 과학자 헨리 캐번디시는 미첼의 장비를 사용하여 실험을 수행했습니다.

그는 183cm 길이의 나무 막대 끝에 폭 5cm의 납구가 달린 큰 덤벨을 만들었습니다. 나무 막대는 중앙에 있는 끈에 매달려 자유롭게 회전할 수 있었습니다. 그런 다음, 각각 무게가 159kg인 폭 30cm의 납구 두 개가 달린 두 번째 덤벨을 첫 번째 덤벨 가까이 가져가 큰 구가 작은 구를 끌어당기도록 했습니다. 캐번디시는 막대가 진동하는 것을 여러 시간 동안 지켜보았습니다.

두 구체 사이의 중력이 너무 약해서 아주 미세한 기류만으로도 섬세한 실험을 망칠 수 있었습니다. 캐번디시는 외부 기류를 차단하기 위해 장치를 밀폐된 공간에 두었습니다. 그는 망원경을 사용하여 창문을 통해 실험을 관찰하고, 도르래를 사용하여 외부에서 추를 이동시켰습니다. 실험에 영향을 줄 수 있는 방 안의 여러 부분 간의 온도 차이를 막기 위해 방은 어둡게 유지했습니다.

1798년 6월, 캐번디시는 "지구 밀도 측정에 관한 실험"이라는 제목의 연구 결과를 왕립학회 회보(Transactions of the Royal Society) 에 발표했습니다. 그는 지구의 밀도가 물의 5.48배, 즉 5.48g/cm³라고 발표했는데, 이는 현대의 밀도인 5.51g/cm³에 매우 가깝습니다.

캐번디시의 실험은 지구의 밀도와 질량(약 5,974경 킬로그램으로 추정)을 측정하는 데 중요했을 뿐만 아니라, 뉴턴의 만유인력 법칙이 태양계보다 훨씬 작은 규모에서도 성립함을 보여주는 데에도 중요했습니다. 19세기 후반부터 캐번디시 실험의 개량된 버전이 G를 결정하는 데 사용되었습니다.

Thu Thao ( IFL Science , APS 에 따르면)

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