Metody wyznaczania stałej sily grawitacji


Grawitacja to jedno z czterech oddziaływań podstawowych. Jest zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

We współczesnej fizyce grawitację opisuje ogólna teoria względności. Oddziaływanie grawitacyjne jest w niej skutkiem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez różne formy materii. W ramach fizyki klasycznej grawitacja jest opisana prawem powszechnego ciążenia sformułowanym przez Newtona.

Prawo powszechnego ciążenia Newtona głosi, że:
Między dowolną parą ciał posiadających masy pojawia się siła przyciągająca, która działa na linii łączącej ich środki mas, a jej wartość rośnie z iloczynem ich mas i maleje z kwadratem odległości.

Matematycznie związek ten wyraża się wzorem:
F=G (m1*m2)/r2

gdzie:
  m1, m2 - masy oddziaływujących grawitacyjnie ciał
  r - odległość między środkami masy ciał
  G - stała grawitacji,  równa 6.67·10-11Nm2/kg2.

Stała grawitacji (oznaczenie: G lub ?) – stała fizyczna służąca do opisu pola grawitacyjnego. Jako pierwszy wyznaczył ją Henry Cavendish. Obecnie używana wartość została opublikowana w 2002 roku przez Komitet Danych dla Nauki i Techniki (CODATA) i wynosi: G=6,67428 × 10^-11 m3 kg^-1 s^-2.



Eksperyment Cavendisha

Pierwszy eksperyment, w którym zmierzona została siła grawitacji pomiędzy masami w laboratorium oraz pierwszy, w którym uzyskano dokładną wartość stałej grawitacji, wykonany w latach 1797–1798 przez brytyjskiego naukowca Henry'ego Cavendisha. Z uwagi na stosowany ówcześnie system miar, stała grawitacji nie pojawia się jawnie w pracy Cavendisha. Zamiast niej wyznaczona została średnia gęstość Ziemi lub, co jest równoważne, masa Ziemi. Były to pierwsze dokładne wyliczenia tych geofizycznych stałych. Do wykonania doświadczenia Cavendish wykorzystał wcześniejsze prace swego rodaka, Johna Michella, twórcy urządzenia zwanego wagą skręceń. Następnie Cavendish przeprowadził serię pomiarów za pomocą tego urządzenia, a wyniki ogłosił w Philosophical Transactions of the Royal Society w 1798 roku.

Pomiary Cavendisha zaowocowały wyznaczeniem stałej grawitacji
G = 6.74 × 10^-11 m3 kg^-1 s^-2
co różni się tylko o 1% obecnie stosowanej.
Z tego powodu historycy nauki twierdzą, że Cavendish nie zmierzył dokładnie stałej grawitacji.