Cavendisha Experiment -Wikipedia、無料百科事典

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Eksteryment Cavendisha – 実験室の質量間の重力の強度が測定された最初の実験で、1797年から1798年にイギリスの科学者ヘンリーキャベンディッシュによって行われた一定の重力の正確な値が得られました。 [初め] 。当時使用されていた対策のシステムにより、一定の重力はキャベンディッシュの仕事で明示的に現れません。代わりに、平均土壌密度が決定されたか、地球の質量と同等です。同時に、これらはこれらの地球物理学的恒久の最初の正確な計算でした。キャベンディッシュは1783年から以前の仕事を使用して経験を遂行しました [2] 彼の同胞、地質学者ジョン・ミシェル [3] 、これはスクレイプ重量と呼ばれるデバイスの作成者です。ジョン・ミシェルは仕事を完了することなく1793年に亡くなり、彼のデバイスはフランシス・ジョン・ハイド・ウォラストンに引き継がれ、その後、彼らを再建したヘンリー・キャベンディッシュは、ミシェルの元の計画からあまり逸脱しないようにしようとしました。その後、キャベンディッシュはこのデバイスを使用して一連の測定を実施し、1798年に王立協会の哲学的交換の結果を発表しました。 [4] 。

垂直の交差点のスケッチ – ハウジングとのキャベンディッシュツイストのセクション。大きなボールは、メカニズムが導かれたメカニズムのおかげで、小さなボールに比べて配置できるようにフレームに吊り下げられました。 Cavendishaドキュメントの図1
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キャベンディッシュによって構築されたデバイスは、ひねりの重みでした。長さ6フィート（1.8 m）のワイヤーに垂れ下がった木製の棒で、その端に直径2インチ（51 mm）と1.61ポンド（0.78 kg）の質量でリードボールが配置されていました。小さいボールサポートシステムに関係なく維持されている348ポンド（158 kg）の質量を持つ2つの12インチ（300 mm）のリードボールは、約9インチ（230 mm）の距離に近くに配置されました。 [5] 。この経験は、小さなボールと大きなボールの間の経験で測定されました。

2つの大きなボールが、水平の木製の重量腕の反対側に配置されました。彼らと小さなボールの間の魅力の力により、肩が回転し、吊り下げられたワイヤーがねじれました。腕は、弾丸の間の引力の重力によって、ワイヤーねじれの力がバランスされている角度に寄りかかっていました。偏差の角度と、ひねりの角度に応じて力を回す瞬間を知っていたので、キャベンディッシュは、大衆のペアが影響を受ける力を決定することができました。地球がより小さなボールで動作する重力強度は、それを比較検討することで直接測定できるため、両方の力の比を使用すると、地球の密度を決定し、普遍的な重力の則を行使できます。

Cavendishは、地球の密度が水の5.448±0.033倍であると計算しました（F. Bailyが気づいた単純な算術誤差により、彼のドキュメントに表示される誤差の値は5.48±0.038です） [6] 。

ドライバーのトルク、つまり、特定のターン角度のためにワイヤーを強制する瞬間の値を決定するために、キャベンディッシュは、バランスシステムから傾いた腕の振動の自然期間を測定しました。振動期間は約20分でした。アームの寸法と重量を知っていると、ドライバーを計算できます。実際、腕は決して休んでいませんでした。キャベンディッシュは、腕の腕の角度を測定しなければなりませんでした。 [7] 。

当時、Cavendishaの装備は非常に敏感でした [6] 。拷問された腕の傾斜の原因となる力は非常に小さかった、1.74・10 -7 n [8] 、 だいたい

150 000 000{displaystyle {tfrac {1} {50 000 000}}}

小さなボールの重量 [9] 、すなわち、大きな砂粒について [十] 。

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気流と温度の変化によって引き起こされる測定の妨害を減らすために、キャベンディッシュは、装置全体を、厚さ2フィート（0.61 m）、高さ10フィート（3 m）、幅10フィート（3 m）の木製カバーに入れました。キャベンディッシュのねじり振動観測は、望遠鏡を使用して小屋の壁の2つの穴を通して行われました。腕の振動はわずか0.16インチ（4.1 mm）でした [11] 。キャベンディッシュは、腕の端で非を使用して、100以上の精度でこのような小さなスイングを測定することができました [12番目] 。

Reich（1838）、Baily（1843）、Corn＆Baille（1878）および他の多くの人がキャベンディッシュの実験を繰り返しました。その精度は97年間改善されておらず、C.V。によってのみ行われました。 1895年の少年。それまでの間、ミシェラのスクレイプ重量は一定の重力を測定する支配的なテクニックになりました

（ g ）） {displaystyle（g）}

、そしてほとんどの最新の測定値はその多様性です。このため、この経験は名前が付けられました Cavendisha実験 [13] 。

一定の重力を使用した普遍的重力法の策定が標準になった前に、キャベンディッシュが通過してから何年も経ってから。最初の参照の1つ

g {displaystyle g}

それは1873年、つまりキャベンディッシュの仕事から75年後に来ます [14] 。キャベンディッシュは彼の結果を地球密度として表明し、彼の実験を「世界を比較検討する」と説明した。後の著者はその結果を現代の形に変えました [15] [16] [17] 、 どこ：

SIユニットに切り替えた後、キャベンディッシュ5,448 g・cmによって任命された土地の代替 -3 受け取ります

現在使用されている値6,67408・10の1％のみが異なります -11 m 3 kg -1 s -2 。

このため、科学史家はキャベンディッシュが一定の重力を測定しなかったと言います [18] [19] [20] [21] 。

しかし、物理学者はしばしば、重力の永久が異なる形をとるユニットを使用します。恒久的な天文学の中で、重力ガウザーが使用されました

（ k ）） 、 {displaystyle（k）、}

ガウスが提案しました 円錐形の太陽の天国の遺体の運動の理論 （「太陽の周りの円錐形の曲線の上を移動する天体の動きの理論」）1809年から、2012年に国際天文連合がそれを使用しなくなったときに放棄した。それは天文学ユニットに関連していたため、Cavendisha実験はその測定と見なすことができます。キャベンディッシュ時代には、物理​​学者は同じユニットを質量と重力に使用しました。その結果、取る

g {displaystyle g}

標準加速として、a

r 地球 {displaystyle r_ {text {earth}}}

知られていた、

r 地球 {distrastaStyle rho _ {text {earth}}}

重力定数逆として機能しました。このため、地球の密度はその時点で非常に求められている価値があり、それを決定するための以前の試みによっても確認されています。 （。） 1774年から。

したがって、一般的に、物理学者は、彼が一定の重力の価値を測定した最初のメリットであるというキャベンディッシュのメリットに起因すると考えています [22] [23] [24] [25] [26] 。

マーキングの定義は、セクションの最後にあるテーブルにまとめられています。

次の方法では、キャベンディッシュの使用方法を説明していませんが、現代の物理学者がその結果をどのように使用できるかを示しています [27] [28] [29] 。フックの法則と同様に、強度の瞬間は腕の傾きの角度に比例します

th 。 {displaystyle theta。}

彼女が立っていた場所

k {displaystyle kappa}

ワイヤーに依存するトルク（材料、長さ、直径）と呼ばれます。ただし、強度の瞬間は、相互の弾丸を引き付ける力と、腕を吊るすポイントに対するボールの距離の産物としても説明することができます。弾丸のペアが2つあるため、それぞれの効果が強さ

f {displaystyle f}

長さで

l / 2 {displaystyle l/2}

重量軸に対して、合計モーメントは

l f 。 {displaystyle lf。}

両方の方程式を比較することで、次のように取得します。

力

f {displaystyle f}

ニュートンの普遍的な重力の法律の下では、次のとおりです。

それを最初の方程式に置き換えることにより、次のように取得します。

（初め）

ワイヤーのドライバーの瞬間を見つけるために

（ k ）） 、 {displaystyle（kappa）、}

キャベンディッシュは自然共鳴期間を測定しました

t {displaystylet}

システム：

何が与える

それを解決します

k 、 {displaystyle kappa、}

（1）と指定に置き換えた後

g {displaystyle g}

私たちは受け取ります：

知っている

g 、 {displaystyle g、}

地上の魅力を使用して、その重量と密度を計算できます。

  1. ↑ 男の子1894 、s。 355。
  2. ↑ McCormmach＆Jungnickel 1996 、p。336：1783年からキャベンディッシュからミシェラまでの手紙で、「…世界の計量に関する最も古い言及」を読むことができます。 「最も古い言及」がキャベンディッシュとミシェルに関係しているかどうかは明らかではありません。
  3. ↑ キャベンディッシュ1798 、p。59キャベンディッシュは、ミシェルを実験を開発するためのすべてのメリットに転送します。
  4. ↑ H.キャベンディッシュ、 地球密度実験 、 ロンドン王立協会の哲学的取引 （パートII）、 88 、pp。469–526（1798年6月21日）、で転載 キャベンディッシュ1798 。
  5. ↑ キャベンディッシュ1798 、s。 59。
  6. ↑ a b ポインティング1894 、s。 45。
  7. ↑ キャベンディッシュ1798 、s。 64。
  8. ↑ 男の子1894 、s。 357。
  9. ↑ キャベンディッシュ1798 、s。 60。
  10. ↑ 2 mmの顆粒が〜13 mgの砂粒。 マリーナセオドリス： 砂粒の塊 。 [の：] Physics Factbook [オンライン]。 2003年。 （ 。 ）） 。
  11. ↑ キャベンディッシュ1798 、p。99、結果表（スケールスケール= 1/20€1.3 mm）のほとんどのテストで示されている完全なたわみは2倍高かった。
  12. ↑ キャベンディッシュ1798 、s。 63。
  13. ↑ McCormmach＆Jungnickel 1996 、s。 341。
  14. ↑ A.コーン、J.B。 Baille（1873）、一定の引力と平均土壌密度の相互決定、「C.R。アカデミー。 Sc。 “、Paris、vol。 76、pp。954–958。
  15. ↑ 男の子1894 、p。330。王立協会の前のこの講義で、少年たちはGを紹介し、その養子縁組の議論を提示します。
  16. ↑ ポインティング1894 、s。 4。
  17. ↑ マッケンジー1900 、p。vi。
  18. ↑ Clotfelter 1987↓ 。
  19. ↑ McCormmach＆Jungnickel 1996 、s。 337。
  20. ↑ Hodges 1999 。 public.iastate.edu。 [アーカイブ このアドレス （2017-09-06）]。 。
  21. ↑ Lally 1999↓ 。
  22. ↑ デビッド・ハリデー、ロバート・レストニック： 物理学の基礎 。 John Wiley＆Sons、1993、s。 418. ISBN 978-0-471-14731-2 。 （ 。 ）） 。 「ヘンリー・キャベンディッシュが一定の重力を測定したことのおかげで、1798年からの装置。」
  23. ↑ リチャードP. ファインマン 、 物理学に関する講義、Vol.1 、Addison-Wesley、1963、s。 6–7 （ 。 ）） 。 「キャベンディッシュは土地を比較検討したと主張したが、彼が測定したのはG要因だった。」
  24. ↑ リチャードP. ファインマン 、 物理的法則の性格 、with press、1967、p。28 （ 。 ）） 。 「キャベンディッシュは、強度、2つの塊と距離を測定することができ、したがって重力Gを決定することができました」。
  25. ↑ キャベンディッシュ実験、ハーバードレクチャーデモ、ハーバード大学 。 [アクセス2007-08-26]。 （ 。 ）） 。 「[Scum of Scumの]は、CavendishによってG.を測定するために修正されました。」
  26. ↑ ジョナサン・シェクトマン： 18世紀の画期的な実験、発明、発見 。グリーンウッド、2003年、s。 xlvii。 ISBN 978-0-313-32015-6 。 （ 。 ）） 。 「キャベンディッシュは一定の重力に直面しており、それは彼に多くの土地を与えます。」
  27. ↑ ハーバード大学のデモンストレーションレクチャー、カブンディーシャ実験 。
  28. ↑ ポインティング1894 、s。 41。
  29. ↑ Clotfelter 1987↓ 、p。212は、元のキャベンディッシュ計算方法を説明しています。
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