|
STRONA GŁÓWNA Pomiar obwodu Ziemi Spadek swobodny ciał Ciała staczające się z równi pochyłej Rozszczepienie światła za pomocą pryzmatu Stała grawitacji i waga skręceń Interferencja światła na dwóch szczelinach Ruch obrotowy Ziemi Ładunek elektronu i kropla oleju Odkrycie jądra atomowego Dyfrakcja elektronów na podwójnej szczelinie |
Może to być pewnym zaskoczeniem dla przeciętnego człowieka, ale wartość jednej z fundamentalnych stałych naszego świata stała grawitacji G jest jedną z najgorzej poznanych wartości fizycznych.Z najnowszych badań przeprowadzonych w roku 2000 przez H. Gundlacha i Stephena M. Merkowitza z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle wynika, że wynosi ona 6,6742(15) przy maksymalnej  niepewności pomiaru szacowanej na 0,0014 % tej wartości ("Physical Review Letters", t. 85, nr 14, 2000). Pomiary te zwiększyły dokładność znajomości stałej G o jeden rząd wielkości, czyli o jedną cyfrę znaczącą na końcu wyniku. Do tej pory opieraliśmy się na wartości wielkości stałej G zmierzonej w roku 1798 przez angielskiego uczonego Henry'ego Cavendisha. Tym większy musi być nasz podziw dla naukowca, który podał ją 200 lat temu tylko z dziesięciokrotnie mniejszą precyzją.Jak wszyscy powinniśmy pamiętać ze szkoły podstawowej trzy uniwersalne prawa ruchu, prawo powszechnego ciążenia i zjawisko grawitacji sformułował inny angielski uczony Sir Isaac Newton w dziele Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematyczne podstawy filozofii naturalnej, bardziej znane dzisiaj jako Principia). Jako pierwszy oszacował on także stałą G. Cavendish sądził, że jest w stanie podać ją z większą dokładnością niż Newton. Brakowało mu "jedynie" odpowiedniego przyrządu, który mógłby dowieść, że wszystkie ciała przyciągają się wzajemnie niezależnie od grawitacji Ziemi.  Eksperymenty, które doprowadziły do wyznaczenia stałej G, a jednocześnie do zmierzenia wagi Ziemi, przeprowadzał on w latach 1797-98. Użył przyrządu i oparł się na metodzie opisanej przez swego rodaka geologa Johna Michella, który niestety zmarł przed ukończeniem swoich badań. Aparat zwany wagą skręceń został wysłany do Cavendisha w skrzyniach. Składał się on z cienkiej nici kwarcowej na której zawieszony był lekki pręt. Na końcach pręta zawieszone były małe kule. Do nici było przymocowane lusterko. Aparat wykorzystywał fakt, że siła potrzebna do skręcenia nici jest bardzo mała, a wiązka światła padająca i odbijająca się od lusterka i padająca następnie na skalę mogła precyzyjnie wyznaczyć kąt skrętu.Cavendish umieścił następnie w pobliżu małych kulek (na pręcie) symetrycznie dwie duże kule ołowiane (o znanych masach, dokładnie po 350 funtów każda) i zmierzył kąt skrętu o jaki obrócił się pręt. Na podstawie tych pomiarów wyliczył wartość stałej G. Jako ciekawostkę można podać, że (korzystając z najnowszych wyliczeń stałej G) masa Ziemi wynosi 5,9722450,000082 × 1024 kg (która to wartość jest tylko o 1 % dokładniejsza niż wartość obliczona przez Cavendisha), zaś Słońca 1,9884350,000027 × 1030 kg. Waga skręceń, zwana także wagą Cavendisha, mimo upływu lat nie zmieniła znacząco swojego wyglądu i budowy i nadal chętnie jest wykorzystywana w laboratoriach i uczelniach całego świata do wyznaczania stałej grawitacji G. |