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キャベンディッシュの実験物理学

キャベンディッシュの実験物理学
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ビデオ: 2013年6月29日Libertyer Science Laboratory 第1弾キャベンディッシュの実験 2024, 七月

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キャベンディッシュ実験、鉛球のペア間の重力引力の測定。これにより、重力定数Gの値を計算できます。ニュートンの普遍的な重力の法則では、2つのオブジェクト間の引力(F)はGに等しくなります。それらの質量の積(m 1 m 2)をそれらの間の距離の2乗(r 2)で割った積。つまり、F = Gm 1 m 2 / r 2です。実験は1797年から98年にイギリスの科学者ヘンリーキャベンディッシュによって行われました。彼は処方された方法に従い、1793年に亡くなった彼の同郷人である地質学者で天文学者のジョンミシェルによって構築された装置を使用しました。

装置はねじり天秤を備えていました。木製の棒が細いワイヤーから自由に吊り下げられ、重さ0.73 kg(1.6ポンド)の鉛球が棒の両端から吊り下げられました。ねじり天びんの両端に、158 kg(348ポンド)のはるかに大きな球を配置しました。大きい方の重量と小さい方の重量の間の引力により、ロッドの端が段階的なスケールに沿って横に引き寄せられました。これらのウェイトのペアの間の引力は、ワイヤーのねじれからの復元力によって打ち消されました。これにより、ロッドが水平の振り子のように左右に移動しました。

キャベンディッシュとミシェルは実験をGを測定しようとする試みとは考えていませんでした。重力定数を含むニュートンの重力の法則の定式化は19世紀後半まで発生しませんでした。実験はもともと地球の密度を決定するために考案されました。

ミシェルはおもりを手で動かすつもりだったと思われますが、天秤の両側の気温差などの小さな外乱でさえ、測定したい小さな力に影響を与えることに気づきました。キャベンディッシュは、重りを外から移動できるように設計された密閉された部屋に装置を置きました。彼は望遠鏡でバランスを観察した。ロッドが左右にどれだけ移動したか、およびその動作にかかった時間を測定することにより、キャベンディッシュは大きいおもりと小さいおもりの間の重力を決定することができました。次に、その力を大きな球の重量に関連付けて、地球の平均密度を水のそれの5.48倍、または現代の単位では立方センチメートルあたり5.48グラムと決定しました。これは、現代の値である立方センチメートルあたり5.51グラムに近い値です。

キャベンディッシュの実験は、地球の密度(したがってその質量)を測定するだけでなく、ニュートンの重力の法則が太陽系のスケールよりもはるかに小さいスケールで機能することを証明するためにも重要でした.19世紀後半から、キャベンディッシュの実験の改良により、 Gを決定するために使用されました