Pagrindinis mokslas

Cavendisho eksperimento fizika

Cavendisho eksperimento fizika
Cavendisho eksperimento fizika

Video: 14.4. ura 1: Osnovne sile in gravitacija 2024, Liepa

Video: 14.4. ura 1: Osnovne sile in gravitacija 2024, Liepa
Anonim

Cavendish'o eksperimentas, matuojantis gravitacinio traukos jėgos tarp švininių sferų porų, leidžiančio apskaičiuoti gravitacijos konstantos vertę, G. Niutono visuotinės gravitacijos dėsnyje patraukli jėga tarp dviejų objektų (F) yra lygi G jų masės sandauga (m 1 m 2), padalyta iš atstumo tarp jų kvadrato (r 2), kvadrato; tai yra, F = Gm 1 m 2 / r 2. Eksperimentą 1797–98 atliko anglų mokslininkas Henry Cavendish. Jis laikėsi metodo, kurį panaudojo jo tautietis geologas ir astronomas Johnas Michelis, kuris mirė 1793 m., Pastatytas aparatas.

Aparatas pasižymėjo sukimo balansu: nuo plonos vielos buvo laisvai pakabintas medinis strypas, o iš kiekvieno strypo galo pakabinta švino rutulys, sveriantis 0,73 kg (1,6 svaro). Kiekvieno sukimo balanso gale buvo dedama daug didesnė rutulys, sveriantis 158 kg (348 svarus). Gravitacinis patrauklumas tarp kiekvieno didesnio ir mažesnio svorio atitraukė strypo galus išilgai graduotos skalės. Pritraukimui tarp šių svorio porų buvo neutralizuota atstatanti jėga, atsirandanti iš vielos susukimo, dėl kurios strypas judėjo iš vienos pusės į kitą kaip horizontali švytuoklė.

Cavendishas ir Michelis savo eksperimento metu nepagalvojo kaip bandymo išmatuoti G. Niutono gravitacijos dėsnis, įtraukiantis gravitacinę konstantą, nebuvo suformuluotas iki XIX a. Pabaigos. Eksperimentas iš pradžių buvo skirtas Žemės tankiui nustatyti.

Michelis greičiausiai ketino kilnoti svorius rankomis, tačiau Cavendishas suprato, kad net ir mažiausi trikdžiai, tokie kaip oro temperatūros skirtumas tarp abiejų pusiausvyros pusių, sudrums mažą jėgą, kurią jis norėjo išmatuoti. Cavendishas padėjo aparatą į uždarą kambarį, suprojektuotą taip, kad jis galėtų perkelti svorius iš išorės. Jis stebėjo pusiausvyrą teleskopu. Išmatuodamas, kaip toli strypas judėjo iš vienos pusės į kitą ir kiek laiko tas judesys užtruko, Cavendishas galėjo nustatyti gravitacinę jėgą tarp didesnių ir mažesnių svorių. Tada jis susiejo šią jėgą su didesnių sferų svoriu, kad nustatytų vidutinį Žemės tankį, kuris yra 5,48 karto didesnis nei vandens, arba, šiuolaikiniais vienetais, 5,48 gramo kubiniame centimetre - artimas šiuolaikinei 5,51 gramo už kubinį centimetrą vertei.

Kavendišo eksperimentas buvo reikšmingas ne tik matuojant Žemės tankį (taigi ir jo masę), bet ir įrodant, kad Niutono gravitacijos dėsnis veikė daug mažesnėmis skalėmis nei Saulės sistemoje. Nuo XIX amžiaus pabaigos Cavendish eksperimento patobulinimai buvo naudojami nustatant G.