Cavendish experimentfysik

Cavendish-experiment, mätning av kraften på gravitationsattraktionen mellan par av blyfärer, vilket gör det möjligt att beräkna värdet på gravitationskonstanten, G. I Newtons lag om universalgravitation är den attraktiva kraften mellan två objekt (F) lika med G gånger produkten av deras massor (m ₁ m ₂) dividerat med kvadratet för avståndet mellan dem (r ²); det vill säga F = Gm ₁ m ₂ / r ². Experimentet utfördes 1797–98 av den engelska forskaren Henry Cavendish. Han följde en föreskriven metod och använde en apparat byggd av sin landsmannen geologen och astronomen John Michell, som dog 1793.

Apparaten innehöll en torsionsbalans: en trästång hängdes fritt från en tunn tråd och en blykula som vägde 0,73 kg (1,6 pund) hängde från varje ände av stången. En mycket större sfär, som vägde 158 kg (348 pund), placerades vid varje ände av torsionsbalansen. Gravitationsattraktionen mellan varje större vikt och varje mindre drog ändarna på stången åt sidan längs en gradvis skala. Attraktionen mellan dessa par av vikter motverkades av återställningskraften från en vridning i tråden, vilket fick stången att röra sig från sida till sida som en horisontell pendel.

Cavendish och Michell föreställde sig inte sitt experiment som ett försök att mäta G. Formuleringen av Newtons gravitationslag i gravitationskonstanten inträffade inte förrän i slutet av 1800-talet. Experimentet utformades ursprungligen för att bestämma jordens täthet.

Michell hade förmodligen tänkt att flytta vikterna för hand, men Cavendish insåg att till och med den minsta störningen, till exempel från skillnaden i lufttemperatur mellan balansens två sidor, skulle överträffa den lilla kraften som han ville mäta. Cavendish placerade apparaten i ett tätat rum utformat så att han kunde flytta vikterna utanför. Han såg balansen med ett teleskop. Genom att mäta hur långt stången rörde sig från sida till sida och hur lång tid rörelsen tog, kunde Cavendish bestämma gravitationskraften mellan de större och mindre vikterna. Han relaterade sedan den kraften till de större sfärernas vikt för att bestämma jordens genomsnittliga densitet som 5,48 gånger den för vatten, eller, i moderna enheter, 5,48 gram per kubikcentimeter - nära det moderna värdet på 5,51 gram per kubikcentimeter.

Cavendish-experimentet var betydelsefullt inte bara för att mäta jordens täthet (och därmed dess massa) utan också för att bevisa att Newtons gravitationlag fungerade på skalor som var mycket mindre än solsystemet. Sedan slutet av 1800-talet har förbättringar av Cavendish-experimentet haft använts för bestämning av G.