HENRY
CAVENDISH VÀ MẬT ĐỘ TRÁI ĐẤT
Giống
như hầu hết các nhà khoa học thế kỷ 18,
Henry Cavendish (1731-1810) bị ảnh hưởng bởi các
câu hỏi nêu ra trong các cuốn sách Principia và Optics
của Newton. Ảnh hưởng này đưa ông
tới việc nghiên cứu lực hấp dẫn. Bởi
v́ lực hấp dẫn giữa các vật b́nh
thường rất nhỏ, Cavendish phải dùng một cân
đặc biệt, dựa trên thiết kế của
Michell, để đo chúng.
Một cân
xoắn(H́nh P.501) tạo bởi hai khối lượng
nhỏ cân bằng trên một thanh mỏng treo bởi
một dây mảnh. Hai khối lượng lớn (quả
cầu ch́) được bố trí đối xứng
ở hai đầu thanh để tạo lực quay.
Lực hồi phục tạo bởi đây xoắn.
Trong bài báo
vào năm 1798 , Thí nghiệm để xác định
mật độ Trái Đất, có h́nh vẽ cân xoắn
dùng trong thí nghiệm của ông. Theo chính lời của
Cavendish, “Thiết
bị rất đơn giản; nó gồm một tay
đ̣n bằng gỗ đài 6 feet có độ bền
đều và rất nhe. Tay đ̣n này được treo
ở vị trí ngang, bằng một dây mảnh dài 40 inches,
và ở mỗi đầu treo một quả ch́
đường kính 2 inches; toàn bộ được
đặt trong một cái hộp gỗ để chắn
gió. Một lực rất nhỏ, như lực hút của
quả cầu là đủ để làm dây xoắn làm cho
tay đ̣n lệch đi có thể thấy được.
Bằng cách dùng hai quả cầu ch́ đặt lần
lượt ở mỗi phía, có thể đo được
góc lệch.”
Bằng
cách cải tiến thiết bị của Michel và cẩn
thận tới mức cao nhất, Cavendish đă đo
được mật độ quả đất và tính
được tỉ trọng của nó là 5,58. Cavendish
đánh giá sai số phép đo của ḿnh là khoảng 7%.
Kết quả của ông tương ứng với giá
trị:
G = (6,70± 0,48) x10 –11Nm2/kg2
Giá trị
này ít sai biệt so với giá trị hiện nay
G =6,673
x10 –11Nm2/kg2
Ngày nay
người ta vẫn c̣n quan tâm đến mật
độ quả đất. Các sự thay đổi
cục bộ của mật độ quả đất
có thể chứa thông tin về các mỏ khoáng và mỏ
dầu. Do đó, các nhà địa chất đă phát
triển các đụng cụ để đo gia tốc
trọng truờng với độ chính xác rất cao.
Một loại thiết bị dùng cân ḷ xo cực nhạy.
Sự thay đổi trọng lượng của một
vật, tức là sự thay đổi của g, sẽ được
nhận ra. Một thiết bị khác đùng con lắc. Khi
gia tốc trong trường thay đổi, chu kỳ
của nó sẽ thay đổi. Đo sự thay đổi
chu kỳ này, người ta sẽ tính đựợc
sự thay đổi của gia tốc trọng trường.
Các thay
đổi nhỏ của gia tốc trọng trường
có thể được đùng để vẽ bản
đồ. Các máy đo gia tốc trọng trường
hiện đại có thể đó các thay đổi cỡ
10-6m/s2. H́nh P.502 tŕnh bày một bản
đồ điễn tả sự biến thiên trọng
trường ở Nam Carolina. Các đường ṿng ứng
vói các mức thay đổi của gia tốc trong
truờng cỡ 5x10-5 m/s2. Một nhà
địa chất được huấn luyện có
thể dùng bản đồ này đề t́m ra thông tin
về mỏ và cấu trúc điạ chất trong
điạ h́nh đó.