Hlavní Věda

Cavendish experimentální fyzika

Cavendish experimentální fyzika
Cavendish experimentální fyzika

Video: ZE 01 - Co je to elektřina? 2024, Červenec

Video: ZE 01 - Co je to elektřina? 2024, Červenec
Anonim

Cavendishův experiment, měření gravitační přitažlivosti mezi páry olověných koulí, které umožňuje výpočet hodnoty gravitační konstanty, G. V Newtonově zákonu univerzální gravitace je přitažlivá síla mezi dvěma objekty (F) rovna G násobí součin jejich hmotností (m 1 m 2) dělený druhou mocninou vzdálenosti mezi nimi (r 2); to znamená, že F = Gm 1 m 2 / r 2. Experiment provedl v letech 1797–98 anglický vědec Henry Cavendish. Sledoval předepsanou metodu a použil přístroj postavený svým krajanem geologem a astronomem Johnem Michellem, který zemřel v roce 1793.

Zařízení mělo torzní rovnováhu: dřevěná tyč byla volně zavěšena na tenkém drátu a z každého konce tyče byla zavěšena olověná koule o hmotnosti 0,73 kg (1,6 libry). Na každý konec torzní rovnováhy byla umístěna mnohem větší koule o hmotnosti 158 kg (348 liber). Gravitační přitažlivost mezi každou větší hmotností a každou menší zmenšila konce tyče stranou podél stupnice. Přitažlivost mezi těmito dvojicemi závaží byla vyvážena obnovovací silou z kroucení v drátu, což způsobilo, že se tyč pohybovala ze strany na stranu jako horizontální kyvadlo.

Cavendish a Michell nepovažovali svůj experiment za pokus změřit G. K formulaci Newtonova gravitačního zákona, který se týká gravitační konstanty, nedošlo až koncem 19. století. Experiment byl původně navržen k určení zemské hustoty.

Michell pravděpodobně zamýšlel pohybovat váhami ručně, ale Cavendish si uvědomil, že i ta nejmenší porucha, jako je porucha způsobená rozdílem teploty vzduchu mezi oběma stranami váhy, zaplaví nepatrnou sílu, kterou chtěl měřit. Cavendish umístil přístroj do utěsněné místnosti navržené tak, aby mohl pohybovat závaží zvnějšku. Pozoroval rovnováhu dalekohledem. Měřením toho, jak daleko se tyč posunula ze strany na stranu a jak dlouho tento pohyb trval, mohl Cavendish určit gravitační sílu mezi větší a menší hmotností. Poté spojil tuto sílu s hmotností větších koulí, aby určil průměrnou hustotu Země jako 5,48násobek hustoty vody nebo, v moderních jednotkách, 5,48 gramů na krychlový centimetr - blízko k moderní hodnotě 5,51 gramů na krychlový centimetr.

Cavendishův experiment byl významný nejen pro měření hustoty Země (a tedy i její hmotnosti), ale také pro prokázání toho, že Newtonův gravitační zákon pracoval na měřítcích mnohem menších, než jsou sluneční soustavy. Od konce 19. století zdokonalení Cavendishova experimentu mělo byl použit pro stanovení G.