År 1798 genomförde forskaren Henry Cavendish experiment med sfärer i ett mörkt, slutet rum och beräknade jordens ungefärliga densitet.
Jorden och månen. Foto: NASA
I slutet av 1600-talet föreslog vetenskapsmannen Isaac Newton den universella gravitationslagen: Varje partikel attraherar varje annan partikel i universum med en kraft (F) bestämd av deras massa (M) och kvadraten på avståndet mellan objektens centrum (R). Med G som gravitationskonstanten är ekvationen för denna lag: F = G(M1xM2/ R2 ).
Således, om man känner till massan av ett av objekten och den andra informationen i ekvationen, kan man beräkna massan av det andra objektet. Om man antar en person vars massa är känd, kan denna person beräkna jordens massa om hen vet hur långt hen är från jordens centrum. Problemet är att på Newtons tid hade forskare ännu inte bestämt G, så det var omöjligt att väga jorden.
Att känna till jordens massa och densitet skulle vara oerhört användbart för astronomer eftersom det skulle hjälpa dem att beräkna massorna och densiteterna hos andra objekt i solsystemet. År 1772 inrättade Royal Society of London "Gravitational Committee" för att studera detta.
År 1774 försökte en grupp experter mäta jordens genomsnittliga densitet med hjälp av Schiehallion Mountain i Skottland. De visade att Schiehallions massiva massa attraherade pendlar mot sig. Därför beräknade de jordens densitet genom att mäta pendelns rörelse och kartlägga berget. Denna mätning var dock inte särskilt noggrann.
Illustration av forskaren Henry Cavendish och hans experimentuppsättning som "väger" jorden. Foto: Wikimedia
Geologen pastor John Michell studerade också jordens massa men lyckades inte slutföra den före sin död. Den engelske vetenskapsmannen Henry Cavendish använde Michells utrustning för att utföra experimentet.
Han konstruerade en stor hantel med 5 cm breda blykulor fästa vid ändarna av en 183 cm lång trästav. Trästaven hängdes upp i ett snöre i mitten och kunde rotera fritt. Sedan fördes en andra hantel med två 30 cm breda blykulor, som vägde 159 kg vardera, nära den första hanteln så att de stora kulorna drog till sig de mindre och utövade en lätt kraft på den hängande staven. Cavendish såg staven svänga i många timmar.
Gravitationskraften mellan sfärerna var så svag att även den minsta luftström kunde ha förstört det känsliga experimentet. Cavendish placerade apparaten i en sluten kammare för att undvika luftströmmar utifrån. Han använde ett teleskop för att observera experimentet genom ett fönster och installerade ett remskivor för att flytta vikterna utifrån. Rummet hölls mörkt för att undvika temperaturskillnader mellan olika delar av rummet som kunde påverka experimentet.
I juni 1798 publicerade Cavendish sina resultat i tidskriften Transactions of the Royal Society i en studie med titeln "An Experiment on the Determination of the Density of the Earth". Han presenterade att jordens densitet var 5,48 gånger så hög som vattnets, eller 5,48 g/cm3, ganska nära det moderna värdet på 5,51 g/cm3.
Cavendishs experiment var viktigt inte bara för att mäta jordens densitet och massa (uppskattad till 5,974 kvadriljoner kilogram), utan också för att visa att Newtons gravitationslag gäller även i skalor mycket mindre än solsystemets skala. Sedan slutet av 1800-talet har förbättrade versioner av Cavendishs experiment använts för att bestämma G.
Thu Thao (Enligt IFL Science , APS )
[annons_2]
Källänk
Kommentar (0)