Eksperiment for å «veie» jorden for mer enn 200 år siden

I 1798 utførte vitenskapsmannen Henry Cavendish eksperimenter med kuler i et mørkt, forseglet rom, og beregnet en omtrentlig tetthet av jorden.

Jorden og månen. Foto: NASA

På slutten av 1600-tallet foreslo vitenskapsmannen Isaac Newton loven om universell gravitasjon: Hver partikkel tiltrekker seg alle andre partikler i universet med en kraft (F) bestemt av deres masse (M) og kvadratet av avstanden mellom objektenes sentrum (R). Med G som gravitasjonskonstanten, er ligningen for denne loven: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Hvis man kjenner massen til ett av objektene og den andre informasjonen i ligningen, kan man beregne massen til det andre objektet. Hvis man antar at det er en person hvis masse er kjent, kan denne personen beregne jordens masse hvis han vet hvor langt han er fra jordens sentrum. Problemet er at på Newtons tid hadde ikke forskere ennå bestemt G, så det var umulig å veie jorden.

Å kjenne jordens masse og tetthet ville være ekstremt nyttig for astronomer fordi det ville hjelpe dem med å beregne massene og tetthetene til andre objekter i solsystemet. I 1772 opprettet Royal Society of London «gravitasjonskomiteen» for å studere dette.

I 1774 forsøkte en gruppe eksperter å måle jordens gjennomsnittlige tetthet ved hjelp av Schiehallion-fjellet i Skottland. De viste at Schiehallions massive masse tiltrakk pendler. De beregnet derfor jordens tetthet ved å måle pendelens bevegelse og kartlegge fjellet. Denne målingen var imidlertid ikke særlig nøyaktig.

Illustrasjon av vitenskapsmannen Henry Cavendish og hans eksperimentelle sett som «veier» jorden. Foto: Wikimedia

Geologen pastor John Michell studerte også jordens masse, men klarte ikke å fullføre den før han døde. Den engelske vitenskapsmannen Henry Cavendish brukte Michells utstyr til å utføre eksperimentet.

Han konstruerte en stor hantall med 5 cm brede blykules festet til endene av en 183 cm lang trestang. Trestangen ble hengt opp i en snor i midten og kunne rotere fritt. Deretter ble en andre hantall med to 30 cm brede blykules, som veide 159 kg hver, brakt nær den første hantall slik at de store kulene tiltrakk seg de mindre og utøvde en liten kraft på den hengende stangen. Cavendish så stangen svinge i mange timer.

Gravitasjonskraften mellom kulene var så svak at selv den minste luftstrøm kunne ha ødelagt det delikate eksperimentet. Cavendish plasserte apparatet i et forseglet kammer for å unngå luftstrømmer utenfra. Han brukte et teleskop for å observere eksperimentet gjennom et vindu og satte opp et trinsesystem for å flytte vektene utenfra. Rommet ble holdt mørkt for å unngå temperaturforskjeller mellom forskjellige deler av rommet som kunne påvirke eksperimentet.

I juni 1798 publiserte Cavendish resultatene sine i tidsskriftet Transactions of the Royal Society i en studie med tittelen «An Experiment on the Determination of the Density of the Earth». Han presenterte at jordens tetthet var 5,48 ganger vanns tetthet, eller 5,48 g/cm3, ganske nær den moderne verdien på 5,51 g/cm3.

Cavendishs eksperiment var viktig ikke bare for å måle jordens tetthet og masse (anslått til 5,974 kvadrillioner kilogram), men også for å demonstrere at Newtons gravitasjonslov også gjelder på skalaer som er mye mindre enn solsystemets skala. Siden slutten av 1800-tallet har forbedrede versjoner av Cavendish-eksperimentet blitt brukt til å bestemme G.

Thu Thao (ifølge IFL Science , APS )

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