Eksperyment mający na celu „zważenie” Ziemi przeprowadzony ponad 200 lat temu

[reklama_1]

W 1798 roku naukowiec Henry Cavendish przeprowadził eksperymenty z kulami w ciemnym, zamkniętym pomieszczeniu i obliczył przybliżoną gęstość Ziemi.

Ziemia i Księżyc. Zdjęcie: NASA — Ziemia i Księżyc. Zdjęcie: *NASA*

Pod koniec XVII wieku naukowiec Isaac Newton zaproponował prawo powszechnego ciążenia: każda cząstka przyciąga każdą inną cząstkę we wszechświecie z siłą (F), określoną przez jej masę (M) i kwadrat odległości między środkami obiektów (R). Przy założeniu, że G jest stałą grawitacji, równanie tego prawa wygląda następująco: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Zatem znając masę jednego z obiektów i inne dane zawarte w równaniu, można obliczyć masę drugiego obiektu. Zakładając, że znamy masę osoby, ta osoba może obliczyć masę Ziemi, jeśli wie, jak daleko znajduje się od jej środka. Problem polega na tym, że w czasach Newtona naukowcy nie określili jeszcze siły G, więc zważenie Ziemi było niemożliwe.

Znajomość masy i gęstości Ziemi byłaby niezwykle przydatna dla astronomów, ponieważ pomogłaby im obliczyć masy i gęstości innych obiektów w Układzie Słonecznym. W 1772 roku Królewskie Towarzystwo w Londynie powołało „Komisję Grawitacyjną” w celu zbadania tego zagadnienia.

W 1774 roku grupa ekspertów próbowała zmierzyć średnią gęstość Ziemi, wykorzystując do tego celu górę Schiehallion w Szkocji. Wykazali, że ogromna masa Schiehallionu przyciągała w swoim kierunku wahadła. Obliczyli więc gęstość Ziemi, mierząc ruch wahadła i badając górę. Jednak pomiar ten nie był zbyt dokładny.

Ilustracja przedstawiająca naukowca Henry'ego Cavendisha i jego eksperyment z ważeniem Ziemi. Zdjęcie: Wikimedia — Ilustracja przedstawiająca naukowca Henry'ego Cavendisha i jego zestaw eksperymentalny „ważący” Ziemię. Zdjęcie: *Wikimedia*

Geolog, pastor John Michell, również badał masę Ziemi, ale nie zdołał jej ukończyć przed śmiercią. Angielski naukowiec Henry Cavendish wykorzystał sprzęt Michella do przeprowadzenia eksperymentu.

Zbudował dużą hantelkę z ołowianymi kulami o szerokości 5 cm przymocowanymi do końców drewnianego pręta o długości 183 cm. Drewniany pręt zawieszono na sznurku pośrodku, dzięki czemu mógł się swobodnie obracać. Następnie zbliżono drugą hantelkę z dwiema ołowianymi kulami o szerokości 30 cm, każda o wadze 159 kg, do pierwszej hantelki, tak aby większe kule przyciągały mniejsze, wywierając niewielką siłę na wiszący pręt. Cavendish obserwował oscylację pręta przez wiele godzin.

Przyciąganie grawitacyjne między kulami było tak słabe, że nawet najmniejszy prąd powietrza mógł zrujnować ten delikatny eksperyment. Cavendish umieścił aparat w szczelnej komorze, aby uniknąć zewnętrznych prądów powietrza. Za pomocą teleskopu obserwował eksperyment przez okno i ustawił układ bloczków, aby przesuwać obciążniki z zewnątrz. Pomieszczenie było zaciemnione, aby uniknąć różnic temperatur między różnymi jego częściami, które mogłyby wpłynąć na eksperyment.

W czerwcu 1798 roku Cavendish opublikował swoje wyniki w czasopiśmie „Transactions of the Royal Society ” w pracy zatytułowanej „Eksperyment dotyczący określania gęstości Ziemi”. Stwierdził, że gęstość Ziemi jest 5,48 razy większa niż gęstość wody, czyli 5,48 g/cm³, co jest wartością zbliżoną do współczesnej wartości 5,51 g/cm³.

Eksperyment Cavendisha był ważny nie tylko dla pomiaru gęstości i masy Ziemi (szacowanej na 5,974 biliarda kilogramów), ale także dla wykazania, że prawo powszechnego ciążenia Newtona obowiązuje również w skalach znacznie mniejszych niż skala Układu Słonecznego. Od końca XIX wieku do wyznaczania G stosowano udoskonalone wersje eksperymentu Cavendisha.

Thu Thao (według IFL Science , APS )

Link źródłowy