EXPERIMENTUL CAVENDISH

Sir Henry CavendishHenry Cavendish (n. 10 octombrie 1731 d. 24 februarie 1810) a fost fizician i chimist englez. Este cunoscut n special pentru descoperirea hidrogenului, n 1766, a sintezei apei, n 1784, i a celebrului experiment omonim experimentul Cavendish, din anii 1797 - 1798, n care savantul englez a msurat fora de atracie dintre dou mase suspendate cu ajutorul unei balane de torsiune, iar ca rezultante derivate a putut calcula, pentru prima dat,constanta atraciei universale i masa Pmntului

Cum a procedat Cavendish ?Metoda, ca principiu, este una extrem de simpl. Cavendish a msurat fora pe care o resimte o bil de plumb de mici dimensiuni sub aciunea atraciei gravitaionale venite din partea unei alte bile de plumb, de mas considerabil mai mare. Prin compararea acestui rezultat cu fora cu care bila de plumb de mici dimensiuni este atras de Pmnt (practic, greutatea acesteia), se poate deduce de cte ori Terra este mai masiv dect bila mare de plumb, fr a fi nevoie s se cunoasc valoarea constantei gravitaionale - g. Articolul lui Cavendish care descrie experimentul nu face nicio referire la constanta gravitaional, neexistnd vreun indiciu care s sugereze c britanicul a urmrit determinarea acesteia. Mai mult, una dintre primele referine din literatura tiinific la g dateaz din 1873, deci 3 sferturi de secol dup experimentul lui Cavendish.

Este important de neles i contextul istoric, la nivel tiinific, desigur, al experimentului. n vremea lui Cavendish, g nu prezenta vreo importan aparte pentru oamenii de tiin, nefiind dect o constant de proporionalitate n cadrul legii introduse de Newton, astfel c scopul determinrii forei gravitaionale avea de-a face cu determinarea densitii planetei, o cantitate foarte important de tiut pentru astronomii acelor timpuri, mai ales c odat densitatea Pmntului determinat, se vor fi putut calcula i densitile Soarelui, Lunii i celorlalte planete.

Balana de torsiune a lui CavendishInstrumentul ori, mai bine zis, montajul pe care Cavendish l-a folosit consta dintr-un bra de lemn foarte solid, dar uor, cu o lungime de 6 picioare, suspendat n poziie orizontal de un fir subire cu o lungime de aproape un metru i prevzut la cele dou capete cu cte o bil de plumb de mici dimensiuni, fiecare cu diametrul de aproximativ 5 centimetri, tot ansamblul fiind nchis ntr-o cutie de lemn al crei rol era de a proteja montajul de influenele exterioare, de pild de btaia vntului. Dou bile de plumb mai mari, cu o mas de 158 de kilograme fiecare, au fost poziionate n apropierea bilelor mici, prin intermediul unui sistem de prindere separat, ca n figura de mai jos:

Cele dou bile mari au fost plasate de o parte i de alta a braului de lemn orizontal, astfel c, firul fiind extrem de subire, cea mai mic for, de pild cea cauzat de atracia dintre bilele mari i cele mici, era suficient pentru a determina rotirea braului de lemn n jurul axei reprezentate de fir, deci rsucirea firului.

Prin msurarea unghiului cu care se rotea braul i cunoscnd cuplul de torsiune exercitat la nivelul firului pentru un anume unghi de rsucire (care se putea deja calcula la acea vreme n conformitate cu teoria balanei de torsiune), Cavendish a reuit determinarea forei care se manifest ntre perechile de bile.

Deviaia braului se observa n exteriorul cutiei protectoare din lemn cu ajutorul unor lunete fixe montate de ambele pri ale cutiei (vezi imaginea de mai sus) i prevzute cu reticule, ale cror linii de vizare ajungeau, n poziia de echilibru, la diviziunea 0 a unor arce de filde gravate, fixate la captul fiecrui bra i pe marginile cutiei. Greutatea bilelor a determinat-o prin simpla cntrire, ceea ce i-a permis ulterior s efectueze raportul celor dou fore (date de legea atraciei gravitaionale a lui Newton), obinnd apoidensitatea medie a Pmntului, cu o valoare de aproximativ 5,48 mai mare dect densitatea apei