卡文迪什是如何设法用一个按钮称出地球的重量的?
卡文迪什测量了两次铅球之间的重力,然后计算出重力常数。
如果知道地球的质量,就可以计算出地球的平均密度:近代测得的地球平均密度为5。517 g/cm3,而地球表面的密度只有2。5-3g/cm3因此,我们可以计算出地心的密度是7-8g/cm3,比地球表面大很多,可以用铁来确定。两个普通物体之间的引力太小,无法精确测量。
必须使用非常精密的设备。当时,人们用来测量物体间重力的装置是弹簧秤。秤的灵敏度太低,达不到实验要求。卡文迪什根据细丝旋转的原理设计了一种测量重力的装置。两次推铅球之间的重力可以通过将细丝旋转一个角度来计算。然后,计算重力常数。但是,这种方法还是失败了。因为两次出手之间的重力太小,灯丝扭转的灵敏度不够。
灵敏度成为衡量地球重量的关键。卡文迪什为此打破了机器的头。有一次,他正在思考这个问题的时候,突然看到几个孩子在玩游戏。有一个小孩拿着一面小镜子对着太阳,把阳光反射到墙上,产生一个白色的光斑。孩子用手稍微移动一个角度,光点相应移动距离。卡文迪突然醒了。这不是距离放大器吗?难道不能通过它来提高自己的敏感度吗?
因此,卡文迪什在测量装置上安装了一面小镜子。当灯丝受到另一个透镜的微小引力时,小镜子会偏转一个小角度,小镜子反射的光会旋转很长一段距离,这样就可以非常精确地知道引力的大小。用这个重力常数来测量铅球和地球之间的重力。根据万有引力公式计算出地球的重量,也就是现代测量结果的6万亿吨和597.6万亿吨。