Cavendishi eksperimentaalfüüsika

Cavendishi eksperiment, pliisfääride paaride vahelise gravitatsioonilise tõmbejõu mõõtmine, mis võimaldab arvutada gravitatsioonikonstandi väärtuse, G. Newtoni universaalse gravitatsiooni seaduses on kahe objekti vaheline atraktiivne jõud (F) võrdne G-ga korrutatakse nende masside korrutisega (m ₁ m ₂) jagatuna nende vahelise kauguse ruuduga (r ²); see tähendab, et F = Gm ₁ m ₂ / r ². Katse viis aastatel 1797–98 läbi inglise teadlane Henry Cavendish. Ta järgis meetodit ja kasutas oma kaasmaalase geoloogi ja astronoomi John Michelli, kes oli surnud 1793. aastal, ehitatud aparaati.

Seadmel oli väändetasakaal: puidust varras riputati õhukesest traadist vabalt kinni ja varda igast otsast riputati pliisfäär kaaluga 0,73 kg (1,6 naela). Väändekaalu mõlemasse otsa pandi palju suurem kera, kaaluga 158 kg (348 naela). Gravitatsiooniline külgetõmme iga suurema ja väiksema raskuse vahel tõmbas varda otsad mööda gradueeritud skaalat kõrvale. Nende raskusepaaride vahelist tõmmet tasakaalustas traadi keerdusest tulenev taastav jõud, mille tõttu varras liikus horisontaalse pendli abil küljelt küljele.

Cavendish ja Michell ei kujutanud oma eksperimenti välja kui katset mõõta G. Newtoni gravitatsiooniseadust gravitatsioonikonstandiga sõnastati alles 19. sajandi lõpus. Katse kavandati algselt Maa tiheduse määramiseks.

Michell oli tõenäoliselt kavatsenud raskusi käsitsi teisaldada, kuid Cavendish mõistis, et isegi väikseim häire, näiteks see, mis tuleneb tasakaalu kahe poole õhutemperatuuri erinevusest, neelab pisikese jõu, mida ta tahtis mõõta. Cavendish asetas aparaadi suletud ruumi, mis oli konstrueeritud nii, et ta saaks raskusi väljastpoolt liigutada. Ta jälgis tasakaalu teleskoobi abil. Mõõtes, kui kaugele varras liikus küljelt küljele ja kui kaua see liikumine võttis, suutis Cavendish määrata gravitatsioonijõu suuremate ja väiksemate raskuste vahel. Seejärel seostas ta selle jõu suuremate sfääride kaaluga, et määrata Maa keskmine tihedus 5,48 korda suurema vee tihedusega või moodsates ühikutes 5,48 grammi kuupsentimeetri kohta - lähedane tänapäevasele väärtusele 5,51 grammi kuupsentimeetri kohta.

Cavendishi eksperiment oli oluline mitte ainult Maa tiheduse (ja seega ka selle massi) mõõtmiseks, vaid ka tõestamaks, et Newtoni gravitatsiooniseadus töötas palju väiksematel skaaladel kui Päikesesüsteem. Alates 19. sajandi lõpust on Cavendishi katse täpsustused on kasutatud G määramiseks