Experiment om de aarde te 'wegen' meer dan 200 jaar geleden

In 1798 voerde wetenschapper Henry Cavendish experimenten uit met bollen in een donkere, afgesloten kamer en berekende de geschatte dichtheid van de aarde.

Aarde en de maan. Foto: NASA — Aarde en de maan. Foto: *NASA*

Eind 17e eeuw stelde wetenschapper Isaac Newton de wet van de universele zwaartekracht voor: elk deeltje trekt elk ander deeltje in het heelal aan met een kracht (F) die wordt bepaald door hun massa (M) en het kwadraat van de afstand tussen de middelpunten van de objecten (R). Met G als gravitatieconstante luidt de vergelijking voor deze wet: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Dus, als men de massa van een van de objecten kent en de andere informatie in de vergelijking, kan men de massa van het tweede object berekenen. Ervan uitgaande dat een persoon wiens massa bekend is, kan deze persoon de massa van de Aarde berekenen als hij weet hoe ver hij van het middelpunt van de Aarde verwijderd is. Het probleem is dat wetenschappers in Newtons tijd G nog niet hadden bepaald, waardoor het wegen van de Aarde onmogelijk was.

Kennis van de massa en dichtheid van de aarde zou enorm nuttig zijn voor astronomen, omdat het hen zou helpen de massa's en dichtheden van andere objecten in het zonnestelsel te berekenen. In 1772 richtte de Royal Society of London de "Gravitational Committee" op om dit te bestuderen.

In 1774 probeerde een groep experts de gemiddelde dichtheid van de aarde te meten met behulp van de Schiehallionberg in Schotland. Ze toonden aan dat de enorme massa van Schiehallion slingers aantrok. Ze berekenden de dichtheid van de aarde door de beweging van de slinger te meten en de berg te onderzoeken. Deze meting was echter niet erg nauwkeurig.

Illustratie van wetenschapper Henry Cavendish en zijn experiment met het wegen van de aarde. Foto: Wikimedia — Illustratie van wetenschapper Henry Cavendish en zijn experimentele set die de aarde "weegt". Foto: *Wikimedia*

De geoloog dominee John Michell bestudeerde ook de massa van de aarde, maar kon dit niet voltooien vóór zijn dood. De Engelse wetenschapper Henry Cavendish gebruikte Michells apparatuur om het experiment uit te voeren.

Hij construeerde een grote halter met loden bollen van 5 cm breed, bevestigd aan de uiteinden van een 183 cm lange houten staaf. De houten staaf hing aan een touwtje in het midden en kon vrij ronddraaien. Vervolgens werd een tweede halter met twee loden bollen van 30 cm breed, elk 159 kg zwaar, dicht bij de eerste halter gebracht, zodat de grote bollen de kleinere aantrokken en een lichte kracht op de hangende staaf uitoefenden. Cavendish keek urenlang naar de oscillerende staaf.

De zwaartekracht tussen de bollen was zo zwak dat zelfs de geringste luchtstroom het delicate experiment had kunnen verstoren. Cavendish plaatste het apparaat in een afgesloten ruimte om luchtstromen van buitenaf te vermijden. Hij gebruikte een telescoop om het experiment door een raam te observeren en installeerde een katrolsysteem om de gewichten van buitenaf te verplaatsen. De ruimte werd donker gehouden om temperatuurverschillen tussen verschillende delen van de ruimte te voorkomen die het experiment zouden kunnen beïnvloeden.

In juni 1798 publiceerde Cavendish zijn resultaten in het tijdschrift Transactions of the Royal Society in een studie getiteld "An Experiment on the Determination of the Density of the Earth". Hij stelde vast dat de dichtheid van de aarde 5,48 keer zo groot was als die van water, ofwel 5,48 g/cm3, wat behoorlijk dicht in de buurt komt van de moderne waarde van 5,51 g/cm3.

Cavendish' experiment was niet alleen belangrijk om de dichtheid en massa van de aarde te meten (geschat op 5,974 biljoen kilogram), maar ook om aan te tonen dat Newtons universele gravitatiewet ook geldt op schalen die veel kleiner zijn dan die van het zonnestelsel. Sinds het einde van de 19e eeuw worden verbeterde versies van het Cavendish-experiment gebruikt om G te bepalen.

Reactie (0)