ฟิสิกส์ทดลองคาเวนดิช

การทดลองคาเวนดิชการวัดแรงดึงดูดของแรงดึงดูดระหว่างคู่ของทรงกลมตะกั่วซึ่งช่วยให้การคำนวณค่าของค่าความโน้มถ่วงคงที่ G ในกฎของแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันแรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้น (F) เท่ากับ G คูณผลคูณของมวล (m ₁ m ₂) หารด้วยกำลังสองของระยะห่างระหว่างกัน (r ²) นั่นคือ F = Gm ₁ม. ₂ / ^R 2 การทดลองนี้ดำเนินการในปี ค.ศ. 1797-41 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Henry Cavendish เขาทำตามวิธีการที่กำหนดและใช้เครื่องมือที่สร้างขึ้นโดยนักธรณีวิทยาและนักดาราศาสตร์จอห์นมิเชลซึ่งเป็นผู้เสียชีวิตในปี 2336

เครื่องมือดังกล่าวมีความสมดุลของแรงบิด: แท่งไม้ถูกแขวนไว้อย่างอิสระจากลวดเส้นเล็กและทรงกลมตะกั่วที่มีน้ำหนัก 0.73 กิโลกรัม (1.6 ปอนด์) แขวนจากปลายแต่ละด้านของก้าน ทรงกลมที่มีขนาดใหญ่กว่ามากมีน้ำหนัก 158 กิโลกรัม (348 ปอนด์) วางที่ปลายแต่ละด้านของความสมดุลของแรงบิด แรงดึงดูดระหว่างน้ำหนักที่ใหญ่กว่าแต่ละอันและอันที่เล็กกว่าดึงปลายก้านออกไปตามมาตราส่วนที่สำเร็จการศึกษา แรงดึงดูดระหว่างคู่น้ำหนักเหล่านี้ถูกหักล้างโดยแรงเรียกคืนจากการบิดในลวดซึ่งทำให้คันเคลื่อนที่จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งเหมือนลูกตุ้มแนวนอน

คาเวนดิชและมิเชลไม่ได้นึกถึงการทดลองของพวกเขาในฐานะที่เป็นความพยายามในการวัดกรัมการกำหนดกฎความโน้มถ่วงของนิวตันการเคลื่อนที่ของค่าคงตัวแรงโน้มถ่วงไม่ได้เกิดขึ้นจนกระทั่งปลายศตวรรษที่ 19 การทดลองครั้งแรกเพื่อกำหนดความหนาแน่นของโลก

มิเชลล์มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนย้ายน้ำหนักด้วยมือ แต่คาเวนดิชก็ตระหนักว่าแม้แต่การรบกวนที่น้อยที่สุดเช่นจากความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศระหว่างสองด้านของความสมดุลจะทำให้เกิดแรงเล็ก ๆ ที่เขาต้องการวัด คาเวนดิชวางเครื่องมือไว้ในห้องที่ปิดสนิทซึ่งออกแบบมาเพื่อให้เขาสามารถย้ายน้ำหนักจากภายนอก เขาสังเกตความสมดุลด้วยกล้องโทรทรรศน์ ด้วยการวัดว่าแท่งเคลื่อนที่ไปจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งและเคลื่อนที่นานเท่าใดคาเวนดิชสามารถกำหนดแรงโน้มถ่วงระหว่างน้ำหนักที่มากขึ้นและเล็กลง จากนั้นเขาก็เกี่ยวข้องกับแรงนั้นกับน้ำหนักของทรงกลมที่ใหญ่กว่าเพื่อกำหนดความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกเท่ากับ 5.48 เท่าของน้ำหรือในหน่วยที่ทันสมัย ​​5.48 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตรใกล้เคียงกับค่านิยมสมัยใหม่ที่ 5.51 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร

การทดลองคาเวนดิชมีความสำคัญไม่เพียง แต่สำหรับการวัดความหนาแน่นของโลก (และมวลของมัน) แต่ยังพิสูจน์ว่ากฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันทำงานบนสเกลที่เล็กกว่าระบบสุริยจักรวาลตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 การปรับแต่งของการทดลองคาเวนดิช ถูกนำมาใช้เพื่อพิจารณากรัม