Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Váženie Zeme

.časopis .veda

Anglicko, koniec osemnásteho storočia. K osamelej šope pristupuje muž a ďalekohľadom zastrčeným do diery vyvŕtanej v stene pozoruje, čo sa deje vnútri. Keď pozorovanie dokončí, vracia sa do domu a dáva si pozor, aby nikoho nestretol.

Tento muž je jedným z najbohatších ľudí Británie. Z matkinej strany je vnukom vojvodu z Kentu, z otcovej strany vnukom vojvodu z Devonshire. Peniaze ho však nezaujímajú. Momentálne ho najviac zaujíma to, čo má zavesené v šope.
Tento muž je súčasne jedným z najväčších čudákov široko-ďaleko. Vo svojom dome neznesie takmer nijakých ľudí, celé služobníctvo tvorí jedna-jediná osoba, s ktorou komunikuje prostredníctvom písaných odkazov.
Tento muž je navyše v tom, čo robí, nesmierne skúsený. Má 67 rokov a takmer celý život sa venoval svojej záľube. A je v nej naozaj dobrý. Takže, hoci o mnohom z toho, čo urobil, takmer nikto nevie, je známy a slávny. Ale to, čo má v šope, ho preslávi viac, než všetko ostatné.

.newton
Čím ľahšiu vec vážime, tým presnejšie váhy potrebujeme. Váhy, ktoré mal Henry Cavendish zavesené vo svojej šope, boli bezkonkurenčne najpresnejšie, aké dovtedy človek vyrobil. Neslúžili však na váženie niečoho ľahkého. Práve naopak, Henry Cavendish vážil na sklonku roku 1797 tú najťažšiu vec, aká sa dala na Zemi zohnať. Vážil Zem.
Lenže, ako sa dá odvážiť Zem? Ostatné veci vážime tak, že pomocou váh porovnávame, ako silno sú priťahované k Zemi. Samotná Zem sa však takto vážiť nedá. Tak čo to vlastne znamená – vážiť Zem?
Pred objavom Newtonovho gravitačného zákona neexistovala na túto otázku nijaká odpoveď. Neexistovala dokonca ani samotná otázka. Neexistoval totiž rámec, ktorý by umožňoval zmysluplné položenie takejto otázky. Newton to všetko zmenil.
Podľa gravitačného zákona sa navzájom priťahujú každé dve veci na svete, a to silou, ktorá je úmerná súčinu ich hmotností a nepriamo úmerná druhej mocnine ich vzdialenosti. Tento zákon je úplne univerzálny a platí naozaj pre všetko (mravným ponaučením bájky o Newtonovom jablku je práve to – pád jablka aj obiehanie Mesiaca okolo Zeme je dôsledkom jednej univerzálnej gravitačnej sily).
Čím väčšia je hmotnosť určitého telesa, tým väčšou silou priťahuje k sebe iné telesá – hmotnosť je v podstate kvantitatívnym vyjadrením akéhosi gravitačného sexappealu. Ak by sme teda vedeli odmerať, ako silou je priťahovaný nejaký kamienok jednak k Zemi a jednak k nejakému inému telesu so známou hmotnosťou, vedeli by sme z pomeru týchto síl a zo známej hmotnosti telesa vypočítať neznámu hmotnosť Zeme. Ak by napríklad Zem priťahovala kamienok miliónkrát silnejšie ako stokilová olovená guľa, znamenalo by to, že Zem má sto miliónov kilogramov.
Odmerať silu, ktorou je priťahovaný kamienok k Zemi, je celkom ľahké (poznámka pre znalcov: stačí odmerať gravitačné zrýchlenie). Ale odmerať silu, akou je priťahovaný k olovenej guli, je veľmi ťažké. Prekážkou je práve Zem a jej silné gravitačné priťahovanie. Odmerať malilinkú silu v situácii, keď všade okolo pôsobí iná obrovská sila, to je naozaj výzva.

.michell
Henry Cavendish s veľkou pravdepodobnosťou trpel nejakou formou autizmu alebo Aspergerovým syndrómom a komunikoval len s relatívne úzkym okruhom ľudí. Jedným z týchto ľudí bol reverend John Michell – vynikajúci geológ a člen Kráľovskej spoločnosti. V roku 1983 napísal Cavendish Michellovi list, v ktorom uvažoval o konštrukcii prístroja, ktorý by umožňoval odmerať gravitačnú silu medzi dvoma telesami a tým pádom odvážiť Zem.
O rok neskôr vyšla v Paríži kniha, v ktorej Charles-Auguste de Coulomb opísal takzvané torzné váhy, ktoré merali sily nie v zvislom, ale vo vodorovnom smere. Tieto váhy dokázali merať aj sily veľmi malé v porovnaní so zemskou príťažlivosťou. Vtip bol v tom, že hoci v zvislom smere je zemská príťažlivosť naozaj značná, vo vodorovnom smere je nulová.
Torzné váhy boli v postate celkom jednoduchým prístrojom – išlo o paličku zavesenú na kovovom vlákne. Palička ležala vo vodorovnej rovine a mohla sa v tejto rovine otáčať. Pri jej otočení sa vlákno trošku skrútilo a začalo ťahať paličku do pôvodnej polohy. Čím väčšie otočenie, tým väčšia sila.
Coulomb pripevňoval na konce paličky elektricky nabité predmety a potom k nim približoval iné elektricky nabité predmety (všetko sa to dialo vo vodorovnej rovine). Elektrická sila začala vychyľovať paličku z rovnovážnej polohy a to pokračovalo dovtedy, kým sa táto sila nevyrovnala sile skrúteného vlákna, ktoré ťahalo paličku späť (poznámka pre znalcov: v skutočnosti sa nevyrovnali sily, ale momenty síl, z ktorých sa však dali sily vypočítať). Tieto merania položili základy elektrostatiky a umožnili objaviť Coulombovi zákon, ktorý dodnes nesie jeho meno.
Keď sa o torzných váhach dopočul John Michell, uvedomil si, že rovnaký prístroj sa dá použiť aj na meranie gravitačnej sily medzi dvoma telesami. Hlavná prekážka – relatívne obrovská gravitačná sila Zeme v zvislom smere – sa tu elegantne obchádzala meraním v smere vodorovnom. Michell dokonca torzné váhy vhodné na meranie gravitačnej sily sám zostrojil, ale kým stihol urobiť potrebné merania, zomrel.
Henry Cavendish sa prišiel pozrieť na prístroj, ktorý zanechal jeho priateľ, až po niekoľkých rokoch. No a keď ho uvidel, nechal ho previezť k sebe domov a urobil na ňom svoj suverénne najslávnejší experiment.

.cavendish
Ak by sme z doteraz povedaného usúdili, že Cavendish prišiel ku Cavendishovmu experimentu ako slepé kura k zrnu, veľmi by sme sa mýlili. Ako skúsený experimentátor – ktorý okrem iného objavil vodík, presne určil zloženie atmosféry, našiel vzorec pre kapacitu doskového kondenzátora, a tak ďalej – si rýchlo uvedomil, že Michellovým zariadením sa nedá dosiahnuť presnosť potrebná pri vážení Zeme.
Na meranie mali zničujúci vplyv aj také drobnosti, ako je nepatrné prúdenie vzduchu spôsobené nerovnomernou teplotou v miestnosti. Preto uzavrel Michellove torzné váhy do drevenej konštrukcie, ktorá ich chránila pred „vetrom“. To však nestačilo. Samotná prítomnosť exprimentátora a mechanické mikrootrasy, ktoré spôsoboval svojimi pohybmi, sa výrazne prejavovali na presnosti meraní. Práve preto umiestnil zariadenie do osamelej šopy a meranie vykonával tak, že pozoroval extrémne jemnú stupnicu váh ďalekohľadom zo vzdialenosti 30 metrov.
Výsledkom bolo pozoruhodne presné stanovenie priemernej hustoty Zeme, ktorá bola podľa Cavendisha 5,48 krát väčšia ako hustota vody (dnešná hodnota je 5,52). Z hustoty sa dá pri známom polomere Zeme (a ten bol známy už dve tisícročia) jednoducho vypočítať hmotnosť Zeme.
Váženie Zeme je jedným z najkrajších príkladov vzájomnej súhry teórie a experimentu v prírodných vedách. Bez Newtonovej teórie gravitácie by vôbec nebolo možné previesť informáciu o príťažlivej sile medzi olovenými guľami na informáciu o hmotnosti Zeme. Bez Coulombovho vynálezu nového meracieho prístroja a Michellovho použitia tohto prístroja v novej oblasti by sa nedala ani v princípe odmerať sila medzi olovenými guľami. A bez Cavendishovho génia by sa meranie síce v princípe urobiť dalo, ale prakticky by bolo nevykonateľné.
Tak veru. Vďaka vzájomne sa dopĺňajúcej práci teoretikov a experimentátorov dokážeme odmerať veci, ktoré sú celkom mimo našej bezprostrednej skúsenosti.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite