ניסוי קוונדיש

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
Incomplete-document-purple.svg יש להשלים ערך זה: ערך זה עשוי להיראות מלא ומפורט, אך עדיין חסר בו תוכן מהותי. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.
הנכם מוזמנים להשלים את החלקים החסרים ולהסיר הודעה זו. שקלו ליצור כותרות לפרקים הדורשים השלמה, ולהעביר את התבנית אליהם.
מערך חוט הפיתול שהציע מישל

ניסוי קוונדיש הוא ניסוי פיזיקלי בו עושים שימוש במאזני פיתול לצורך מדידת הקשר בין מסת גוף לבין השפעות הכבידה שהיא מחוללת בסביבתה.

המיוחד בניסוי זה הוא בכך שבאמצעותו מתקבלת רגישות גבוהה להשפעה בין מסות במישור האופקי, תוך ביטול השפעת מסתו הגדולה של כדור הארץ על תוצאות הניסוי. יתרון זה של הניסוי הוא גם בעוכריו, מכיוון שהרגישות הגדולה של מאזני הפיתול להשפעות במישור האופקי, החיונית למדידת השפעותיהן של המסות העומדות למבחן, חושפת אותו לאי דיוקים עקב השפעות סביבתיות משתנות שקשה להעריכן ולעמוד על טיבן, כגון זרמי אויר, מגנטיות, חשמל סטטי, גאות ושפל ועוד.

את הניסוי תכנן במקור הגאולוג ג'ון מישל, שהרכיב את מאזני הפיתול, אך מת לפני שהספיק לסיים את הניסוי. אחרי מות מישל ב-1793 עברו חלקי המתקן בירושה לפרנסיס ג'ון הייד הוליסטר, והוא העבירו לידי הנרי קוונדיש. קוונדיש הרכיב מחדש את המתקן תוך שהוא דבק בתוכניותיו ובשרטוטיו של מישל. בעזרת המתקן שהרכיב ערך קוונדיש מספר ניסויים כשהמטרה שהציב לעצמו במקור הייתה מציאת היחס בין צפיפות כדור הארץ לצפיפות המים לצורך הערכת צפיפותו הממוצעת של כדור הארץ מתוך ידיעת צפיפותם של מים. כדי למזער השפעת זרמי אוויר על תוצאות הניסויים, הרכיב קוונדיש את המתקן בחדר אטום וערך את מדידותיו מרחוק באמצעות טלסקופ, שבעזרתו השקיף אל פנים החדר.

על פי חוק הכבידה של ניוטון, כוח המשיכה הפועל בין שני גופים עומד ביחס ישר למכפלת מסותיהם, וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם, וקבוע הכבידה G הוא קבוע פרופורציה בין יחידותיהם הסטנדרטיות של גדלים פיזיקליים אלה. גדלו של G לא היה ידוע באותה עת וניסוייו של קוונדיש אפשרו לראשונה הערכה טובה שלו, אם כי הוא עצמו לא הזכיר הערכה כזו בכתביו.

במהלך השנים חזרו צוותים רבים של פיזיקאים על ניסוי קוונדיש בווריאציות שונות, אך למרות השכלולים הרבים והמאמצים הגדולים שננקטו על מנת להעריך ולמזער השפעות סביבתיות על תוצאות הניסוי, עדיין נותר קבוע הגרביטציה G הקבוע הפיזיקלי שרמת הדיוק המיוחסת לו נמוכה מזו של כל שאר הקבועים.

מערך הניסוי[עריכת קוד מקור | עריכה]

אל מוט עץ באורך 1.8 מטרים חוברו בקצוות כדורי עופרת קטנים. המוט נתלה ממרכזו אל תקרת החדר באמצעות חוט. בסמוך לקצות המוט הונחו חמישה כדורי עופרת גדולים, במשקל של 195 קילוגרם כל אחד. המשיכה הכבידתית שהפעילו כדורי העופרת הגדולים על הכדורים הקטנים שבקצות המוט גרמה לסיבוב אופקי קל של המוט ולפיתול של החוט.

ידיעת מידת התנגדותו של החוט לפיתול מאפשרת לתרגם את מידת הסיבוב של המוט לערכו של כוח הכבידה הפועל על קצותיו. בהינתן המסות והמרחקים ביניהן, ניתן באמצעות משוואתו של ניוטון לחשב את קבוע הכבידה. משום שגודל כוח המשיכה בין כדור הארץ לבין גוף בעל מסה ידועה ניתן לחישוב באופן מיידי, איפשר ניסוי קוונדיש להעריך לראשונה את מסת כדור הארץ, ומתוך ערך זה להסיק גם את מסתם המשוערת של הירח, השמש וכוכבי הלכת במערכת השמש. כאמור, קוונדיש עצמו לא הזכיר בכתביו הערכות בדבר ערכו של G ומסותיהם של גרמי שמיים אלא רק הערכה בדבר צפיפותו הממוצעת של כדור הארץ. הערך אותו הוא פרסם הוא 5.48 גרם/סמ"ק, למרות שכאשר בודקים את הערך הממוצע העולה מתוך 29 ניסויים שערך, עולה כי צפיפות כדור הארץ היא 5.448 גרם/סמ"ק. הערך המקובל כיום עבור צפיפותו הממוצעת של כדור הארץ הוא 5.5153 גרם/סמ"ק.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]