Основен наука

Физика на експеримента в Кавендиш

Физика на експеримента в Кавендиш
Физика на експеримента в Кавендиш

Видео: Опыт Кавендиша (1985) 2024, Юли

Видео: Опыт Кавендиша (1985) 2024, Юли
Anonim

Кавендишки експеримент, измерване на силата на гравитационното привличане между двойки оловни сфери, което позволява да се изчисли стойността на гравитационната константа, G. В закона на Нютон за универсално гравитация атрактивната сила между два обекта (F) е равна на G пъти произведението на техните маси (m 1 m 2), разделено на квадрата на разстоянието между тях (r 2); това е, F = Gm 1 m 2 / R 2. Експериментът е извършен през 1797–98 г. от английския учен Хенри Кавендиш. Следва предписания метод и използва уред, построен от неговия сънародник геологът и астроном Джон Мишел, починал през 1793 година.

Апаратът разполагаше с торсионен баланс: дървен прът беше окачен свободно от тънка тел, а оловна сфера с тегло 0,73 кг (1,6 фунта) висеше от всеки край на пръта. Много по-голяма сфера, тежаща 158 кг (348 паунда), беше поставена във всеки край на торсионния баланс. Гравитационното привличане между всяка по-голяма тежест и всяка по-малка дърпа краищата на пръта встрани по градуирана скала. Привличането между тези двойки тежести беше противодействащо на възстановяващата сила от усукване в жицата, което накара пръта да се движи от една страна в друга като хоризонтално махало.

Кавендиш и Мишел не схващат експеримента си като опит за измерване на G. Формулирането на закона на гравитацията на Нютон, включващ гравитационната константа, се появява чак в края на 19 век. Експериментът първоначално е бил създаден за определяне на плътността на Земята.

Мишел вероятно е възнамерявал да премести тежестите на ръка, но Кавендиш осъзнава, че дори и най-малкото смущение, като това от разликата в температурата на въздуха между двете страни на везната, ще преодолее малката сила, която искаше да измери. Кавендиш постави апарата в запечатано помещение, проектирано така, че да може да движи тежестите отвън. Той наблюдаваше баланса с телескоп. Чрез измерване на това колко далеч прътът се движеше отстрани и колко време отнема това движение, Кавендиш можеше да определи гравитационната сила между по-големите и по-малките тежести. След това той свърза тази сила с теглото на по-големите сфери, за да определи средната плътност на Земята като 5,48 пъти по-голяма от водата или, в съвременните единици, 5,48 грама на кубически сантиметър - близо до съвременната стойност от 5,51 грама на кубичен сантиметър.

Експериментът в Кавендиш беше важен не само за измерване на плътността на Земята (и следователно нейната маса), но и за доказване, че законът на гравитацията на Нютон работи на скали, много по-малки от тези на Слънчевата система. От края на 19 век, уточненията на експеримента в Кавендиш имат се използва за определяне на G.