Experiment s „vážením“ Země před více než 200 lety

V roce 1798 provedl vědec Henry Cavendish experimenty s koulemi v temné, uzavřené místnosti a vypočítal přibližnou hustotu Země.

Země a Měsíc. Foto: NASA

Koncem 17. století vědec Isaac Newton navrhl zákon univerzální gravitace: Každá částice přitahuje všechny ostatní částice ve vesmíru silou (F) určenou její hmotností (M) a druhou mocninou vzdálenosti mezi středy objektů (R). Vzhledem k tomu, že G je gravitační konstanta, rovnice pro tento zákon je: F = G(M1xM2/ ^R2 ).

Pokud tedy někdo zná hmotnost jednoho z objektů a další informaci v rovnici, může vypočítat hmotnost druhého objektu. Za předpokladu, že člověk má známou hmotnost, může vypočítat hmotnost Země, pokud ví, jak daleko je od středu Země. Problém je v tom, že v Newtonově době vědci ještě nestanovili G, takže zvážení Země bylo nemožné.

Znalost hmotnosti a hustoty Země by byla pro astronomy nesmírně užitečná, protože by jim pomohla vypočítat hmotnosti a hustoty jiných objektů ve sluneční soustavě. V roce 1772 založila Královská společnost v Londýně „Výbor pro gravitaci“, aby se tímto zabýval.

V roce 1774 se skupina expertů pokusila změřit průměrnou hustotu Země pomocí hory Schiehallion ve Skotsku. Zjistili, že masivní hmota Schiehallionu přitahuje k sobě kyvadla. Vypočítali tedy hustotu Země měřením pohybu kyvadla a zaměřením hory. Toto měření však nebylo příliš přesné.

Ilustrace vědce Henryho Cavendishe a jeho experimentální sady „vážící“ Zemi. Foto: Wikimedia

Geolog reverend John Michell také studoval hmotnost Země, ale nebyl schopen ji dokončit před svou smrtí. Anglický vědec Henry Cavendish použil Michellovo vybavení k provedení experimentu.

Zkonstruoval velké závaží se dvěma 5 cm širokými olověnými koulemi připevněnými na koncích 183 cm dlouhé dřevěné tyče. Tyč byla zavěšena na provázku uprostřed a ponechána volně otáčet. Poté bylo k prvnímu závaží přiblíženo druhé závaží se dvěma 30 cm širokými olověnými koulemi o hmotnosti 159 kg, takže větší koule přitahovaly menší a na zavěšenou tyč vyvíjely mírnou sílu. Cavendish pozoroval kmitání tyče po mnoho hodin.

Gravitační přitažlivost mezi koulemi byla tak slabá, že i sebemenší proudění vzduchu mohlo zničit delikátní experiment. Cavendish umístil aparaturu do uzavřené komory, aby se zabránilo proudění vzduchu zvenčí. Experiment pozoroval oknem pomocí dalekohledu a pro pohyb závaží zvenčí nainstaloval systém kladek. Komora byla udržována ve tmě, aby se zabránilo teplotním rozdílům mezi různými částmi komory, které by mohly experiment ovlivnit.

V červnu 1798 Cavendish publikoval své výsledky v časopise Transactions of the Royal Society ve studii s názvem „Experimenty o stanovení hustoty Země“. Uvedl, že hustota Země je 5,48krát větší než hustota vody, tj. 5,48 g/cm³, což je poměrně blízko moderní hodnotě 5,51 g/cm³.

Cavendishův experiment byl důležitý nejen pro měření hustoty a hmotnosti Země (odhadované na 5,974 kvadrilionů kilogramů), ale také pro demonstraci, že Newtonův zákon univerzální gravitace platí i v měřítkách mnohem menších, než je měřítko sluneční soustavy. Od konce 19. století se k určení G používají vylepšené verze Cavendishova experimentu.

Thu Thao (podle IFL Science , APS )

Zdrojový odkaz: https://vnexpress.net/thi-nghiem-can-trai-dat-cach-day-hon-200-nam-4616753.html