פיזיקת ניסוי קוובניש

ניסוי Cavendish, מדידת כוח המשיכה של הכבידה בין זוגות של כדוריות עופרת, המאפשר חישוב ערך קבוע הכבידה, G. בחוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון, הכוח האטרקטיבי בין שני עצמים (F) שווה ל- G פעמים את תוצר ההמונים שלהם (m ₁ m ₂) מחולק בריבוע המרחק ביניהם (r ²); כלומר, F = Gm ₁ m ₂ / r ². הניסוי נערך בשנים 1797–1998 על ידי המדען האנגלי הנרי קוונדיש. הוא פעל לפי שיטה שנקבעה, והשתמש במנגנון שנבנה על ידי ארצו, הגיאולוג והאסטרונום ג'ון מישל, שנפטר בשנת 1793.

במכשיר היה איזון פיתול: מוט עץ הושעה בחופשיות מחוט דק, וכדור קדימה במשקל 0.73 ק"ג (1.6 פאונד) היה תלוי מכל קצה המוט. כדור גדול בהרבה, שמשקלו 158 ק"ג (348 פאונד), הונח בכל קצה מאזן הפיתולים. האטרקציה הכבידה בין כל משקל גדול יותר וכל אחד קטן יותר משכה את קצות המוט הצידה לאורך סולם מדורגת. המשיכה בין זוגות המשקולות הללו מנוגדת על ידי הכוח המשיב מפיתול בחוט, מה שגרם למוט לנוע מצד לצד כמו מטוטלת אופקית.

קוונדיש ומישל לא הגו את הניסוי שלהם כניסיון למדוד את G. ניסוח חוק הכבידה של ניוטון סביב קבוע הכבידה לא התרחש עד סוף המאה ה -19. הניסוי תוכנן במקור לקביעת צפיפות כדור הארץ.

מישל התכוון ככל הנראה להעביר את המשקולות ביד, אבל קוונדיש הבין שאפילו ההפרעה הקטנה ביותר, כמו למשל מההבדל בטמפרטורת האוויר בין שני צידי האיזון, תביח את הכוח הזעיר שהוא רצה למדוד. קוונדיש הציב את המנגנון בחדר אטום שתוכנן כך שיוכל להזיז את המשקולות מבחוץ. הוא התבונן באיזון באמצעות טלסקופ. על ידי מדידת כמה רחוק המוט נע מצד לצד וכמה זמן נמשך תנועה זו, יכול Cavendish לקבוע את כוח הכבידה בין המשקולות הגדולות והקטנות יותר. לאחר מכן הוא קשר את הכוח הזה למשקלן של הספירות הגדולות יותר כדי לקבוע את צפיפות הממוצע של כדור הארץ כ- 5.48 פעמים מזה של מים, או, ביחידות מודרניות, 5.48 גרם לסנטימטר מעוקב - קרוב לערך המודרני של 5.51 גרם לסמ"ק.

ניסוי Cavendish היה משמעותי לא רק למדידת הצפיפות של כדור הארץ (ובכך המסה שלו), אלא גם להוכחה שחוק הכבידה של ניוטון עבד על קשקשים קטנים בהרבה מאלו של מערכת השמש. מאז סוף המאה ה -19, חידודים של ניסוי Cavendish יש שימש לקביעת ג.