У 1797 році, коли ідея зважити цілу планету здавалася б абсолютно абсурдною для більшості людей, один геній взявся за завдання, яке до нього вважали неможливим. Це була епоха, коли людство вже мало закон всесвітнього тяжіння Ньютона, проте бракувало ключового елемента для його повного застосування – значення гравітаційної сталої (G). Саме цей експеримент, відомий як експеримент Кавендіша, дозволив обчислити масу Землі, відкривши нову сторінку в історії фізики та астрономії, пише T4.
Закон всесвітнього тяжіння, запропонований Ньютоном наприкінці 17 століття, стверджує, що кожна частинка притягує кожну іншу частинку у Всесвіті з силою (F), яка визначається їхніми масами (M1 та M2) та квадратом відстані (D) між центрами об’єктів (F = G(M1xM2/D²)). Теоретично, якщо б ми знали масу одного з об’єктів та всі інші параметри рівняння, можна було б обчислити масу другого об’єкта. Наприклад, знаючи масу об’єкта на поверхні Землі та відстань до центру Землі, можна було б розрахувати масу планети. Проблема полягала в тому, що значення гравітаційної сталої G, яка є коефіцієнтом пропорційності у цьому рівнянні, було невідомим. Ньютон навіть вважав, що виміряти силу тяжіння між об’єктами, меншими за планети та супутники, неможливо.
Однак знання маси та щільності Землі було б неймовірно корисним для астрономів, оскільки це дозволило б їм обчислити масу та щільність інших об’єктів Сонячної системи. У 1772 році Королівське товариство створило “Комітет тяжіння” з метою з’ясувати це. Були зроблені спроби виміряти середню густину Землі за допомогою гори Шихалліон у Шотландії. Команда показала, що маса самої гори притягує маятники, відхиляючи їх від вертикалі. Вимірявши рух маятника та оглянувши гору, вони змогли розрахувати приблизну густину Землі. Проте це був лише приблизний метод.
Читайте також: Чому 536 рік нашої ери увійшов в історію як найгірший рік для життя на Землі
Фронтиспіс книги “Життя шановного Генрі Кавендіша” (суспільне надбання).
Справжній прорив відбувся у 1797 році, коли завдяки зусиллям Генрі Кавендіша було нарешті отримано значення G, що дозволило обчислити масу Землі. Спочатку над цією проблемою працював геолог преподобний Джон Мітчелл, але він не встиг завершити свою роботу через смерть. Кавендіш, використовуючи обладнання Мітчелла, провів свій знаменитий експеримент. Він використовував відносно просту, але геніальну установку – крутильні терези. Це пристрій складався з легкої штанги з двома невеликими металевими сферами на кінцях, підвішеної на тонкій дротині. Потім до цих невеликих сфер на відомій відстані підносили дві набагато більші свинцеві кулі. Гравітаційна сила між великими та малими кулями була настільки незначною, що викликала лише ледь помітне скручування дроту.
Вимірюючи це мізерне відхилення, Кавендіш зміг точно розрахувати силу тяжіння між двома металевими сферами. Гравітаційну силу Землі, що діє на меншу кулю, можна було виміряти, зваживши її, а також була відома щільність кульок. Розглядаючи співвідношення між цими двома силами – крихітною силою тяжіння між кулями в експерименті та значною силою тяжіння між малою кулею та Землею – Кавендіш зміг отримати значення гравітаційної сталої G, а отже, і масу Землі. Завдяки цьому новаторському експерименту було встановлено, що маса нашої планети становить близько 5 974 000 000 000 000 000 000 000 кілограмів. Експеримент Кавендіша став не тільки тріумфом винахідливості, а й критично важливим кроком для розвитку точної науки, відкривши шлях до більш глибокого розуміння космосу.
Цікаво знати: Цифра вражає: стало відомо, скільки людей на Землі ще жодного разу не виходили в інтернет
Підписуйся на наш Telegram-канал