Взвешивание Земли

Как же можно взвесить Землю с помощью крутильных весов Кулона? Подробнее о весах Кулона можно ознакомиться в нашей прошлой заметке по ссылке.

Этот опыт провёл Генри Кавендиш, английский физик, который решил с помощью крутильных весов вычислить силу гравитации, то есть такую силу, которая притягивает друг к другу объекты, имеющие массу.

В 1798 году он сконструировал в своём имении большие крутильные весы (размером с комнату), в которых на подвешенном на стальной проволоке горизонтальном стержне прикрепил по краям два маленьких свинцовых шарика. Рядом с каждым из них учёный поместил большие неподвижные сферические свинцовые грузы. Маленькие свинцовые шарики притягивались к тяжёлым свинцовым гирям, в результате чего проволока слегка скручивалась. Это явление позволило рассчитать силу притяжения большими телами маленьких, то есть найти величину гравитации. Кавендиш установил, что гравитационная сила зависит от массы объектов и расстояния между ними. Чем большую массу имеет объект, тем он сильнее притягивает к себе более лёгкие объекты, то есть, объекты с большей массой имеют большую гравитацию. Расстояние также влияет на гравитацию. Чем дальше объект, тем гравитационное притяжение слабее. Поскольку наша планета Земля является самым крупным и ближайшим объектом вокруг, то все предметы и объекты притягиваются к ней. Даже то знаменитое яблоко, которое упало на голову Ньютона, притягивалось силой земного притяжения, а не самим учёным - он просто оказался на пути у падающего на землю яблока. Сила земного притяжения, действующего на нас, ощущается как вес. Таким образом, зная вес человека и установив силу притяжения, Генри Кавендиш составил математическую пропорцию, с помощью которой вычислил среднюю плотность Земли. Она составила 5,437 г/см3, что всего на 1,4 % оказалось ниже в настоящее время принятого значения 5,515 г/см3. После того, как ему удалось узнать плотность Земли, можно было высчитать и её массу.

Физики скажут, что для определения массы нужно кроме плотности знать ещё и объём, а для определения объёма земного шара (напоминаю, что в то время уже знали, что наша земля круглая), нужно было знать его радиус. Неужели в XVIII веке уже знали, каков радиус нашей планеты? Поразительно, но радиус Земли был высчитан задолго до опыта Кавендиша, ещё в 240 году до нашей эры, древнегреческим учёным Эратосфеном.

Он это сделал в день летнего солнцестояния, измеряя угол отклонения Солнца от вертикали в двух разных точках, расположенных на одном меридиане. Зная расстояние между этими точками и угол наклона, Эратосфен мог высчитать длину дуги, затем длину всей окружности Земли, а затем и найти её радиус, который составил 6287 км, что совсем незначительно меньше нынешних показателей (6371 км)! Из произведения двух известных величин - плотности и объёма - Генри Кавендишем в 1798 году была вычислена масса Земли, которая составила 5,976х1024 кг, или другими словами, 5, 976 секстиллионов тонн, число с 21 нулями. Узнав массу Земли, теперь можно было определить массы Луны, Солнца и остальных планет Солнечной системы.

Некоторые учёные склоняются к тому мнению, что целью опыта Кавендиша было ни столько определение гравитационной постоянной, сколько вычисление плотности Земли, чтобы затем определить её массу, поскольку сам учёный называл свой опыт «экспериментом по взвешиванию мира».

А понятие гравитации стало одной из четырёх фундаментальных сил, существующих во Вселенной наряду с электромагнетизмом.

Вот такие научные открытия, буквально космического масштаба, были сделаны с их помощью умными людьми ещё в XVIII веке!

Автор Е.М. Ставцев