Експеримент на Кевендиш

Експериментот на Кевендиш, изведен во 1797 – 1798 година од страна на британскиот научник Хенри Кевендиш, бил првиот експеримент за мерење на гравитациската сила помеѓу две тела изведен во лабораторијата и првиот што дал точни вредности за гравитациската константа. Поради конвенциите за единиците што се користат, гравитациската константа не се појавува експлицитно во работата на Кевендиш. Наместо тоа, резултатот првично бил изразен како специфична гравитација на Земјата, или еквивалентно на масата на Земјата. Неговиот експеримент ги даде првите точни вредности за овие геофизички константи.

Експериментот беше осмислен некаде пред 1783 година од геологот Џон Мичел, кој конструирал уред наречен торзиона терезија. Сепак, Микел починал во 1793 година без да ја заврши работата. По неговата смрт, уредот преминал кај Френсис Џон Хајд Воластон, а потоа и кај Кевендиш, кој го обновил уредот, но се држел близу до оригиналниот план на Мичел. Кевендиш тогаш извршил серија мерења и ги објавил своите резултати во Philosophical Transactions of the Royal Society во 1798 година.

Експериментот

Уредот кој го конструирал Кевендиш била торзиона терезија направена од дрвена прачка со должина од 1,8 m, која во хоризонтална положба била закачена да види на жица. На двата краја на прачката се закачени по една оловна топка со пречници од по 51 mm и маси од по 0,73 кг. На растојание од околу 230 mm од овие две топки се поставени други две поголеми топки со полупречници од по 300 mm и маси од по 158 кг, при што тие се држат во место со друг систем за закачување. Со помош на овој експеримент била измерена слабото гравитациско привлекување помеѓу малите топчиња и поголемите топки.

Цртеж на вертикалнио пресек на торзионата терезија на Кевендиш, вклучувајќи ја и зградата во која била сместена. Големите топки виселе на рамката за да можат со макара однадвор да се вртат во позиција веднаш до малите топки. Слика 1 од ракописот на Кевендиш.

Детал што го покажува лостот на торзионата вага ( m ), големата топка (W), малата топка (x) и кутија за изолација (ABCDE).

Гравитациското привлекување помеѓу топките го тера лостот да ротира, усукувајќи ја жицата на која лостот виси. Лостот (дрвената прачка) престанува да ротира кога силата со која дејствува усукувањето на жицата ќе се урамнотежи со привлечната гравитациска сила помеѓу големите и малите оловни сфери. Со мерење на аголот на праќката и знаејќи ја силата на усукување (торзионен момент ) на жицата за даден агол, Кевендиш можел да ја одреди силата помеѓу топките. Бидејќи Земјината тежа која дејствува на Земјата врз малата топка може да се мери директно со тоа што ќе се мери нејзината тежина, односот на двете сили овозможува да се пресмета Специфичната гравитација на Земјата, користејќи го Њутновиот закон за гравитација.

Кевендиш открил дека густината на Земјата е 5,448 ± 0,033 пати поголема од водата (поради едноставна аритметичка грешка, откриена во 1821 година од Френсис Бејли, во неговата книга се појавува погрешна вредност 5,480 ± 0,038).