Опыт Кавендиша и масса Земли
Статья к заданиюКрутильные весы
Прочитайте текст и выполните задания.
Крутильные весы
Открытие Ньютоном закона всемирного тяготения явилось важнейшим событием в истории физики. Его значение определяется, прежде всего, универсальностью гравитационного взаимодействия. На законе всемирного тяготения основывается один из центральных разделов астрономии – небесная механика. До начала XIX в. константа G в закон всемирного тяготения не вводилась, так как во времена Ньютона были определены размеры Земли, но не её масса. И для всех расчётов в небесной механике использовали константу GM (произведение гравитационной постоянной на массу Земли).
Исторически первым экспериментальным доказательством закона всемирного тяготения для обычных тел, а также измерением гравитационной постоянной стал опыт английского учёного Генри Кавендиша с крутильными весами, поставленный в конце XVIII в.
Установка, которую использовал Г. Кавендиш, представляла собой деревянное коромысло с прикреплёнными к его концам небольшими однородными свинцовыми шарами массой по 775 г каждый. Коромысло было подвешено на нити из посеребрённой меди длиной 1 м. К шарам подносили более тяжёлые однородные шары массой 49,5 кг, сделанные также из свинца. Установка была заключена в камеру для защиты от внешних конвекционных потоков. Угол закручивания нити θ измерялся при помощи телескопа, так как был очень маленьким. Упругость нити на кручение определялась исходя из периода свободных колебаний коромысла. В начале XIX в. учёные, проанализировав результаты опытов Кавендиша, смогли определить гравитационную постоянную G.
Измерив модуль сил взаимодействия, массы шаров и расстояние между их центрами, можно было определить гравитационную постоянную из формулы закона всемирного тяготения.
Рисунок 1. Конструкция прибора Кавендиша
Рисунок 2. Схема взаимодействия шаров в опыте Кавендиша
Используя материал «Крутильные весы», объясните, почему опыт Кавендиша часто называют опытом по взвешиванию Земли.
Условие как в банке ФИПИ — открыть и сверить
| Опыт Кавендиша часто называют опытом по взвешиванию Земли. О чём идёт речь? Ответ поясните. | ||
| |
Это задание с развёрнутым решением: ответом считается запись хода решения, а не строка. Напишите решение на бумаге и сравните с разбором — там каждый шаг с обоснованием.
Открыть разбор1Мягкая — с чего смотретьуровень 1 из 3
Какая физическая величина была определена в опыте Кавендиша с помощью крутильных весов?
2Наводящая — какие числа считатьуровень 2 из 3
По измеренной силе гравитационного притяжения можно определить гравитационную постоянную $G$, а затем использовать связь $g = \dfrac{GM}{R^2}$.
3Прямая — фактически решениеуровень 3 из 3
Из формулы $g = \dfrac{GM}{R^2}$ выразите массу Земли: $M = \dfrac{gR^2}{G}$. Поэтому, измерив $G$ и зная $g$ и радиус Земли $R$, можно вычислить её массу.