Jak Cavendish "vážil Zemi"

25. únor 2009 | 06.00 |

Když Newton v roce 1678 formuloval svůj slavný gravitační zákon, uvedl v něm, že gravitační síla působící mezi 2 tělesy je přímo úměrná součinu hmotností obou těles a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti. Konstanta úměrnosti nazývaná Newtonova gravitační konstanta nebyla ovšem Newtonem změřena, ale měření byla prováděna až později.

Například Francouz Pierre Bouguer zkoušel v roce 1738 u hory Chimborasso v Peru zjistit, jak moc se vychýlí kyvadélko vlivem gravitačního působení hory. Přesnější měření pak prováděli roku 1774 Nevil Maskelyne a Charles Hutton u horského hřebenu Schiehallion ve Skotsku. U obou měření však byly výsledky velmi nepřesné, neboť bylo potřeba odhadnout hmotnost hory.

První přesné laboratorní měření provedl v roce 1798 Henry Cavendish podle návrhu experimentu Johna Michella, který ovšem zemřel dříve, než stihl na své zkonstruované aparatuře něco změřit. Po jeho smrti získal aparaturu Francis John Hyde Wollaston, který ji věnoval Cavendishovi.Ten ji přestavěl a provedl řadu pečlivých experimentů, které umožnily první změření gravitační konstanty.

Cavendishova aparatura se skládala ze dvou olověných kuliček o hmotnosti 730 g, umístěných na vodorovné dřevěné tyči délky 180 cm, zavěšené na tenkém, svisle upevněném vlákně. Toto zařízení se nazývá torzní váhy a je schopno torzně kmitat kolem rovnovážné polohy. Vratnou silou je kroutící moment ve vlákně. Silový moment potřebný ke stočení vlákna o daný úhel umí fyzikové docela přesně určit – je totiž úměrný čtvrté mocnině poloměru vlákna. Pro tenká vlákna proto stačí ke stočení nepatrná síla. Na rameni, které s vláknem fungovalo jako torzní váha, bylo umístěno zrcátko. Paprsek světla, odražený od zrcátka, indikoval výchylku, která byla měřena pomocí dalekohledu. Ke kuličkám byla střídavě z jedné a druhé strany přibližována dvojice velkých olověných koulí o hmotnostech 158 kg, umístěná na nezávislém otočném rameni.

Cavendish měřil změnu rovnovážné polohy torzních kmitů. Stočení vlákna bylo vlastně způsobené gravitační silou, kterou se tělesa přitahovala. Z naměřeného úhlu potom vypočetl hodnotu gravitační konstanty. Jeho výsledek měření je obdivuhodně přesný. Hodnota gravitační konstanty zvané kappa podle něj byla (κ = 6,754·10-11m3s-2kg-1).

Po změření gravitační konstanty je možno určit ze síly, kterou je přitahována olověná koule k Zemi, hmotnost Země. Proto tento experiment vešel do dějin pod názvem "vážení Země". Cavendishovi vyšla hodnota hmotnosti Země 5,90×1024 kg.

Dnes se tento pokus dělá různým způsobem, například  na zrcátko se svítí laserovým paprskem. Také hodnota gravitační konstanty se stále zpřesňuje. Jestliže nová měření gravitační konstanty provedená vědci roku 2000 z University of Washington jsou správná,pak je Země lehčí než se dosud uvádělo. Země podle jejich měření váží 5,972 sextiliónů tun (18 nul), zatímco dosud se uváděla hodnota 5,98 sextiliónů tun. Důvodem pro změnu bylo přeměření gravitační konstanty. Zatímco měření dalších dvou klíčových konstant fyziky, rychlosti světla a Planckovy konstanty, se neustále zpřesňovala, měření gravitační konstanty se v posledních letech spíše rozcházela. Vědci použili ke změření torzní váhy se 4 ocelovými koulemi o hmotnosti 8,14 kg. Jednalo se o podobný přístroj jaký byl použit k prvnímu měření před 200 lety, s tím rozdílem, že experiment byl řízený počítačem a obsahoval další jemné mechanické součástky umožňující přesnější měření.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.44 (9x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Související články

žádné články nebyly nenalezeny

Komentáře