Experiment pentru a „cântări” Pământul acum mai bine de 200 de ani

În 1798, omul de știință Henry Cavendish a efectuat experimente cu sfere într-o cameră întunecată și sigilată și a calculat o densitate aproximativă a Pământului.

Pământul și Luna. Fotografie: NASA — Pământul și Luna. Fotografie: *NASA*

La sfârșitul anilor 1600, omul de știință Isaac Newton a propus legea gravitației universale: fiecare particulă atrage toate celelalte particule din univers cu o forță (F) determinată de masa lor (M) și de pătratul distanței dintre centrele obiectelor (R). G fiind constanta gravitațională, ecuația acestei legi este: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Astfel, dacă se cunoaște masa unuia dintre obiecte și celelalte informații din ecuație, se poate calcula masa celui de-al doilea obiect. Presupunând o persoană a cărei masă este cunoscută, această persoană poate calcula masa Pământului dacă știe cât de departe se află de centrul Pământului. Problema este că, pe vremea lui Newton, oamenii de știință nu determinaseră încă G, așa că cântărirea Pământului era imposibilă.

Cunoașterea masei și densității Pământului ar fi extrem de utilă astronomilor, deoarece i-ar ajuta să calculeze masele și densitățile altor obiecte din Sistemul Solar. În 1772, Societatea Regală din Londra a înființat „Comitetul Gravitațional” pentru a studia acest lucru.

În 1774, un grup de experți a încercat să măsoare densitatea medie a Pământului folosind Muntele Schiehallion din Scoția. Aceștia au arătat că masa masivă a lui Schiehallion atrăgea pendulele spre el. Așadar, au calculat densitatea Pământului măsurând mișcarea pendulului și examinând muntele. Cu toate acestea, această măsurătoare nu a fost foarte precisă.

Ilustrație a omului de știință Henry Cavendish și a experimentului său de cântărire a Pământului. Fotografie: Wikimedia. — Ilustrație a omului de știință Henry Cavendish și a setului său experimental „cântărind” Pământul. Fotografie: *Wikimedia*

Geologul reverendul John Michell a studiat și el masa Pământului, dar nu a reușit să îl finalizeze înainte de moartea sa. Omul de știință englez Henry Cavendish a folosit echipamentul lui Michell pentru a efectua experimentul.

El a construit o ganteră mare, cu sfere de plumb de 5 cm lățime atașate la capetele unei tije de lemn lungi de 183 cm. Tija de lemn era suspendată de o sfoară în centru și se putea roti liber. Apoi, o a doua ganteră cu două sfere de plumb de 30 cm lățime, cântărind câte 159 kg fiecare, a fost adusă aproape de prima ganteră, astfel încât sferele mari să le atragă pe cele mai mici, exercitând o forță ușoară asupra tijei de agățare. Cavendish a urmărit tija oscilând timp de mai multe ore.

Atracția gravitațională dintre sfere era atât de slabă încât chiar și cel mai mic curent de aer ar fi putut strica experimentul delicat. Cavendish a plasat aparatul într-o cameră etanșă pentru a evita curenții de aer din exterior. A folosit un telescop pentru a observa experimentul printr-o fereastră și a instalat un sistem de scripeți pentru a muta greutățile din exterior. Camera a fost ținută întunecată pentru a evita diferențele de temperatură dintre diferitele părți ale camerei care ar putea afecta experimentul.

În iunie 1798, Cavendish și-a publicat rezultatele în revista Transactions of the Royal Society într-un studiu intitulat „Un experiment privind determinarea densității Pământului”. El a prezentat că densitatea Pământului era de 5,48 ori mai mare decât cea a apei, sau 5,48 g/cm3, destul de aproape de valoarea modernă de 5,51 g/cm3.

Experimentul lui Cavendish a fost important nu doar pentru măsurarea densității și masei Pământului (estimată la 5,974 cvadrilioane de kilograme), ci și pentru demonstrarea faptului că legea gravitației universale a lui Newton este valabilă și la scări mult mai mici decât scara Sistemului Solar. De la sfârșitul secolului al XIX-lea, versiuni îmbunătățite ale experimentului Cavendish au fost folosite pentru a determina G.

Thu Thao (Conform IFL Science , APS )

Legătură sursă