Dünyanın ağırlığı nasıl ölçülür? 200 yıldan fazla bir süredir kullandığı yöntemi hala en etkili
Dediği gibi: Her tatil sezonunda üç kedi yağ alırsınız. Özellikle bu Bahar Şenliği sırasında herkes evde kaldı ve egzersiz miktarı büyük ölçüde düştü ... Kilonuz arttı mı? Geçenlerde tarttım ve son iki yıldaki rekoru kırdım ve gerçekten endişeli hissettim (yine de azaltılabileceğini biliyorum).
Bir kişinin kilosunu ölçmesi daha kolay olamazdı. Ancak, dünyanın "ağırlığını" ölçmeniz istenirse, bunu yapabilir misiniz?
Bu soru, kendini yukarı kaldıran ya da sol ayağıyla sağ ayağına basan ve sonra uçmak için sağ ayağıyla sol ayağına basan birine benziyor, temelde çelişkili görünüyor. Ancak bilim adamları bunu mümkün kılabilir.
Bilim adamları bu sorunu merak etmeyi asla bırakmadılar, ancak ölçmek için hiçbir iyi araçtan muzdarip değiller. Newton, 1687'de evrensel çekim yasasını önerdiğinden, iki nesne arasındaki çekim kuvvetinin kütle ile orantılı ve uzaklığın karesiyle ters orantılı olduğunu belirttiği için, bilim adamları dünyanın kütlesini hesaplamak için evrensel çekim yasasını kullanmayı umuyorlar.
Hepinizin bildiği gibi, evrensel çekim formülü şudur:
M ve M iki nesnenin kütlesi olduğunda, r aralarındaki mesafedir ve F aralarındaki çekim kuvvetidir. Bir nesnenin ağırlığı ve onunla yerçekimi kuvvetinin dönüştürülmesi kolay olduğundan, insanlar o zaman dünyanın yarıçapını da hesaplamışlardır. ve bu yüzden, Yerçekimi sabitini bildiğiniz sürece, dünyanın kütlesini kolayca hesaplayabilirsiniz. .
Utanç, Bay Newton'un "bok" olması, ancak "poposunu silmemesidir" Evrensel çekim yasasını önermesine rağmen, evrensel çekim sabitini nasıl hesaplayacağını bile bilmiyordu.
Hile.
Peki bu sabit nasıl ölçülmeli?
Bu nedenle, insanların aralarındaki yerçekimi kuvvetini hesaplamak için dünyanın dışındaki iki nesneyi kullanması gerekir ve ardından evrensel yerçekimi sabiti hesaplanabilir. Ancak kütle çekiminin sadece gök cisimleri arasında bariz bir değeri olduğunu biliyoruz, günlük hayatımızda nesneler arasındaki çekim son derece küçük, nasıl hesaplamalıyız?
Newton'dan yaklaşık 100 yıl sonra, başka bir bilimsel tanrı nihayet ortaya çıktı, adı Cavendish'tir.
Cavendish, Cambridge Üniversitesi'nden 24 yaşında mezun oldu ve 29 yaşında Royal Society'ye seçildi. Genç bir yetenek olduğu söylenebilir. Sadece bu değil, aynı zamanda çok yönlüdür. Kimyasal elementlerin periyodik tablosundaki ilk element olan hidrojeni keşfetti. Ayrıca, azotun havanın yaklaşık beşte dördünü ve oksijenin yaklaşık beşte birini oluşturduğunu keşfetti (zararlı olmayan hafif bir sapma). Ölümünden sonra, Maxwell el yazmalarını derlediğinde, elektrikte de büyük başarılar elde ettiğini gördü.
O dönemin bilimsel tanrısı Cavendish, dünyanın kalitesi konusunda hiçbir takıntıya sahip olamazdı.
Öyleyse, yeni açılan soruya geri dönelim: yerçekimi sabiti nasıl hesaplanır?
Cavendish kötülüğe inanmıyor ve yerçekimini hesaplamak için insan dünyasındaki küçük nesneleri kullanmak istiyor. Bu yüzden John Mitchell'in elektromanyetizma üzerinde çalışmak için kullandığı cihazı öğrendi ve ünlü bükme ölçeği deneyini tasarladı. Burada önce basit bir şematik diyagrama bakıyoruz:
İlk önce, iki çubuğa farklı boyutlarda iki çift top sabitledi. Büyük bilye ve çubuk aşağıya sabitlenmiştir ve küçük bilye ve çubuk bir filamanla askıya alınmıştır. İki çift top ve çubuk sendelendiğinde ve belirli bir açıyla yaklaştığında, evrensel yerçekimi etkisi altında hafifçe yaklaşacak ve açıda bir değişiklik meydana getireceklerdir. Bu açının değişmesi, yerçekimini ölçmenin anahtarıdır. Üniversite fiziği okumuş arkadaşlar, bir nesnenin burulma katsayısını ve bükülmenin büyüklüğünü bildiğiniz sürece, burulmanın büyüklüğünü hesaplayabileceğinizi bileceklerdir. Burulma dengesi deneyinde bu kuvvet evrensel çekimdir.
Peki bu açı nasıl hesaplanır? Sonuçta, yerçekimi kuvveti çok küçüktür ve bükülmenin büyüklüğü çıplak gözle tamamen görünmezdir.
İki bin yıldan daha uzun bir süre önce, Konfüçyüs yolda yürüdü ve öğretmeni olarak bir çocuğa tapıyordu. İki bin yıldan fazla bir süre sonra Cavendish, yol kenarındaki çocuklardan da ilham aldı. Yolda aynada oynayan birkaç çocuğu gördü ve hemen kendi deneyini düşündü ve darboğazı aşmanın bir yolunu buldu: ışık!
Açı küçük olsa bile, iki kenarı yeterince uzun olduğu sürece, uzun bir mesafe ile birbirinden ayrılacağını biliyoruz. Bu mesafe boyunca açı, trigonometrik fonksiyonlar kullanılarak hesaplanabilir.
Cavendish hemen laboratuvara döndü, ipin üzerine bir ayna astı ve uzak bir mesafeden bir ışık demeti fırlatarak aynanın içinden uzaktaki bir ölçeğe kadar yansımasına izin verdi. Mesafe yeterince uzak olduğundan, çok küçük bir açıdan sapsa bile, ölçek üzerinde çıplak gözün tanıyabileceği bir mesafe ile yine de dengelenebilir.
Cavendish bu şekilde sapma açısını başarıyla hesapladı, böylece yerçekimi sabitini hesapladı ve böylece dünyanın kütlesini hesapladı: 59.65 trilyon ton!
Bu sayı, şu anda kabul edilen 59,72 trilyon ton değerinden neredeyse ayırt edilemez.
Cavendish'in başarıları, insanlığın nihayet dünyanın kalitesini bilmesini sağladı. Dünya kütlesinin sayısal değeri, insanlığın sonraki çalışmaları için büyük önem taşımaktadır. Yerçekimi sabitinin değeri aynı zamanda insanların güneş ve ay gibi gök cisimlerinin kütlesini hesaplamasına da izin verir. Cavendish'in insanoğlunun uzaya çıkması için bir merdiven sağladığı söylenebilir.
Tabii ki, süreç basit, ancak Cavendish çok fazla çaba sarf etti. Yukarıdaki şematik diyagram sadece basitleştirilmiştir, aslında Cavendish'in cihazı bu şekildedir.
Sapma çok küçük olduğu için, hava akışı gibi bir dizi engelleyici faktörü ortadan kaldırması gerekir. Dahası, sıcaklık gibi döngüsel etkilerin üstesinden gelmek için Cavendish, verilerini yayınlamaya cesaret etmeden önce bu deneyi birkaç yıl sürdürmek zorunda kaldı. Dünyanın kalitesini dünyaya duyurduğunda, zaten 67 yaşındaydı.
Hala yalnız yaşlı bir adam.
Cavendish, 1810'daki ölümüne kadar bekardı.
Katkılarına teşekkür etmek ve anmak için Cambridge Üniversitesi'nin ünlü fizik laboratuvarı onun adını almıştır. Bu laboratuvar 1904'ten 1989'a kadar 20 Nobel Ödülü sahibi yetiştirdi. Zirvede bile, "Dünyadaki fizik keşiflerinin yarısı Cavendish Laboratuvarı'ndan geldi" unvanına sahipti.
Bununla birlikte, son yıllarda, Cavendish'in gerçekten yerçekimi sabitini hesaplayıp hesaplamadığı konusunda bazı tartışmalar oldu. O sırada evrensel yerçekimi sabiti kavramı olmadığı için, o zamanki en ilginç şey aslında gök cisimlerinin yoğunluğuydu, bu yüzden Cavendish'in deney çekirdeği dünyanın kütlesi değil, kütlece dünyanın yoğunluğunu hesapladı.
Bununla birlikte, her durumda, Cavendish'in katkısı silinemez. Dünyanın kütlesini hesaplamadan, insanlığın birçok bilimsel teorisini yürütmenin ne kadar süreceğini bilmiyorum.
