Опыт Кавендиша

Из книги Р.Фейнмана, Р.Лейтона, М.Сэндса «Фейнмановские лекции по физике» (М.: Мир, 1965)

Торсионные весы, на которых Генри Каведиш в 1797 г. впервые измерил постоянную всемирного тяготения g

Итак, тяготение распространяется на огромные расстояния. Но если существует притяжение между любыми двумя объектами, то должна существовать и возможность измерить силу, действующую между ними. И не обязательно следить за движением звезд; почему бы не взять два шара, свинцовый и мраморный, и не проследить, как один будет двигаться к другому? Трудность столь простого по идее опыта заключается в крайней слабости, незаметности сил. Проводить его следует с исключительной осторожностью: сначала выкачать из аппарата воздух, убедиться, что нигде нет электрических зарядов и т.д., и только тогда можно попытаться измерить силу. Впервые она была измерена Кавендишем при помощи устройства, схематически изображенного на рисунке. Опыт Кавендиша доказал, что существует сила, действующая между двумя большими закрепленными свинцовыми шарами и двумя меньшими (тоже из свинца); в опыте шары размещались на концах коромысла, висящего на очень тонкой упругой нити. Измеряя, насколько закрутится нить, можно было узнать величину силы и убедиться, что она обратно пропорциональна квадрату расстояния. Таким образом, точно определялся коэффициент G в формуле

 ибо все массы и расстояния здесь известны. Вы можете возразить: все это для Земли было известно и раньше. Все, кроме массы Земли. Определив из этого опыта величину G и зная силу притяжения Земли, можно было косвенно определить ее массу! Опыт поэтому называют «взвешиванием Земли». Кавендиш утверждал, что он взвесил Землю, хотя он только измерил коэффициент G; но это единственный способ определить массу Земли.

Коэффициент G оказался равным 6,670 • 10^–11 Н • м²/кг².

Трудно преувеличить силу влияния теории тяготения, ее величественных успехов на историю науки. Вместо царивших в прежние века неуверенности, сомнений, неполноты знаний, бесконечных споров и парадоксов перед людьми предстал новый закон – во всей своей четкости и простоте. Как важно было то, что все луны, все планеты, все звезды подчиняются столь простому правилу! Но еще важнее то, что человек оказался в состоянии понять это правило и предсказывать на будущее пути планет! Это определило быстрый, успешный рост науки в последующие годы; у людей появилась надежда на то, что и в других явлениях мира прячутся такие же простые закономерности.

Спутник Lageos отслеживает свое положение относительно Земли, принимая отраженный от нее лазерный луч. По данным измерений силы притяжения между спутником и нашей планетой, а также независимым измерениям g можно вычислить массу Земли

Современные торсионные весы, на которых ученые из Вашингтонского университета, уточняют значение постоянной всемирного тяготения g. Размер установки в поперечнике более полуметра. Измеряется сила притяжения между двумя подвешенными внутри пластинами (на фотографии не видны) и шарами, раположенными на периферии цилиндра

Современное здание Кавендишевской лаборатории, 1999 г.

Подборка и пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ
http://www.aip.org/physnews/graphics/html/newgrav.html
http://131.188.160.241/Grafik/Physicians/cavennd.gif
http://www.phy.cam.ac.uk/cavendish/view/index.asp?Picture=2

.