Eksperimen untuk 'menimbang' Bumi lebih daripada 200 tahun yang lalu

Pada tahun 1798, saintis Henry Cavendish menjalankan eksperimen dengan sfera di dalam bilik yang gelap dan tertutup, dan mengira ketumpatan anggaran Bumi.

Bumi dan Bulan. Foto: NASA

Pada akhir 1600-an, saintis Isaac Newton mencadangkan hukum graviti universal: Setiap zarah menarik setiap zarah lain di alam semesta dengan daya (F) yang ditentukan oleh jisimnya (M) dan kuasa dua jarak antara pusat objek (R). Dengan G sebagai pemalar graviti, persamaan untuk hukum ini ialah: F = G(M1xM2/R ² ).

Oleh itu, jika seseorang mengetahui jisim salah satu objek dan maklumat lain dalam persamaan, seseorang boleh mengira jisim objek kedua. Dengan mengandaikan seseorang yang jisimnya diketahui, orang ini boleh mengira jisim Bumi jika dia tahu sejauh mana dia dari pusat Bumi. Masalahnya ialah pada zaman Newton, saintis belum lagi menentukan G, jadi menimbang Bumi adalah mustahil.

Mengetahui jisim dan ketumpatan Bumi akan sangat berguna kepada ahli astronomi kerana ia akan membantu mereka mengira jisim dan ketumpatan objek lain dalam Sistem Suria. Pada tahun 1772, Royal Society of London telah menubuhkan "Gravitational Committee" untuk mengkaji perkara ini.

Pada tahun 1774, sekumpulan pakar cuba mengukur ketumpatan purata Bumi menggunakan Gunung Schiehallion di Scotland. Mereka menunjukkan bahawa jisim besar Schiehallion menarik pendulum ke arahnya. Jadi mereka mengira ketumpatan Bumi dengan mengukur gerakan bandul dan meninjau gunung. Walau bagaimanapun, ukuran ini tidak begitu tepat.

Ilustrasi saintis Henry Cavendish dan set eksperimennya "menimbang" Bumi. Foto: Wikimedia

Ahli geologi Reverend John Michell juga mengkaji jisim Bumi tetapi tidak dapat menyelesaikannya sebelum kematiannya. Saintis Inggeris Henry Cavendish menggunakan peralatan Michell untuk melakukan eksperimen.

Dia membina dumbbell besar, dengan sfera plumbum selebar 5cm dilekatkan pada hujung batang kayu sepanjang 183cm. Batang kayu itu digantung dari tali di tengah dan boleh berputar dengan bebas. Kemudian dumbbell kedua dengan dua sfera plumbum selebar 30cm, seberat 159kg setiap satu, didekatkan dengan dumbbell pertama supaya sfera besar menarik yang lebih kecil, mengenakan daya sedikit pada batang gantung. Cavendish memerhatikan joran itu berayun selama berjam-jam.

Daya tarikan graviti antara sfera adalah sangat lemah sehinggakan walaupun arus udara yang sedikit pun boleh merosakkan eksperimen yang halus itu. Cavendish meletakkan radas di dalam ruang tertutup untuk mengelakkan arus udara luar. Dia menggunakan teleskop untuk memerhati eksperimen melalui tingkap dan menyediakan sistem takal untuk mengalihkan pemberat dari luar. Bilik itu disimpan gelap untuk mengelakkan perbezaan suhu antara bahagian bilik yang berbeza yang boleh menjejaskan eksperimen.

Pada Jun 1798, Cavendish menerbitkan keputusannya dalam jurnal Transactions of the Royal Society dalam kajian bertajuk "Satu Eksperimen mengenai Penentuan Kepadatan Bumi." Beliau mengemukakan bahawa ketumpatan Bumi adalah 5.48 kali ganda daripada air, atau 5.48 g/cm3, agak hampir dengan nilai moden 5.51 g/cm3.

Eksperimen Cavendish adalah penting bukan sahaja untuk mengukur ketumpatan dan jisim Bumi (dianggarkan 5.974 kuadrilion kilogram), tetapi juga untuk menunjukkan bahawa undang-undang graviti sejagat Newton juga memegang pada skala yang jauh lebih kecil daripada skala Sistem Suria. Sejak akhir abad ke-19, versi eksperimen Cavendish yang lebih baik telah digunakan untuk menentukan G.

Thu Thao (Menurut IFL Science , APS )

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