تجربة كافنديش: تعريف وأهمية
تجربة كافنديش (بالإنجليزية: Cavendish experiment) هي تجربة علمية مرموقة أجراها العالم الإنجليزي هنري كافنديش في الفترة بين 1797 و1798. تهدف هذه التجربة إلى قياس قوة الجاذبية بين كرتين مصنعتين من الرصاص، حيث تم تعليق كل كرة في طرف ميزان الالتواء، مع اختلاف كبير في كتلة الكرتين. وفي هذه التجربة، تم إلغاء تأثير الجاذبية الأرضية، مما مكن كافنديش من حساب القوة الجاذبة بين الكرتين بدقة.
ساعدت هذه التجربة التي تم تنفيذها باستخدام جهاز طوره عالم الفلك جون ميشيل على حساب ثابت الجاذبية (G). وقد تم تقديم هذا الثابت في إطار قانون نيوتن للجاذبية في أواخر القرن التاسع عشر، والذي ينص على أن القوة الجاذبة (F) تساوي ثابت الجاذبية (G) مضروباً في حاصل ضرب كتلتي الكرتين (m1*m2) مقسوماً على مربع المسافة بينهما (r²). بالتالي، يُعبر عن القانون بالصورة التالية: F = G*(m1*m2) / r².
نتائج تجربة كافنديش
على الرغم من أن جون ميشيل هو من بدأ إجراء التجربة في عام 1783، إلا أنه توفي قبل أن يتمكن من إكمالها. ثم تولى كافنديش استكمال التجربة مستخدمًا أداة ميشيل مع الحفاظ على المكونات الرئيسية والخطة الأصلية. الهدف الأصلي للتجربة كان قياس كثافة كتلة الأرض. ومن خلال قياس القوة بين الكتلتين، تمكن كافنديش من الحصول على معلومات قيمة حول كثافة كتلة الأرض، واستخدم العديد من العلماء لاحقاً نتائج هذه التجربة لاستنتاج ثابت الجاذبية الأرضية.
آلية إجراء تجربة كافنديش
تمت تجربة كافنديش على جهاز الالتواء، الذي يتكون من قضيب معلق بواسطة سلك رفيع. ولإحداث التواء في السلك، يتطلب الأمر وجود عزم دوران يعتمد على سمك السلك ومواده. يقوم مبدأ التجربة على وجود قوة جاذبة بين الكرتين التي تؤدي إلى تدوير القضيب، مما ينشئ قوة جاذبة تتغلب على مقاومة عزم الدوران الناتج عن الالتواء.
عند نقطة معينة، تتوازن قوة الجاذبية مع مقاومة عزم الدوران. ومع ذلك، يخلق القصور الذاتي التذبذبي للكرتين توازناً عند هذه النقطة، مما ينتج عنه تذبذبات يمكن قياسها عبر الضوء المنعكس من مرآة. بناءً على معدل التذبذبات، يتم تحديد معامل الالتواء للسلك أو ثابت الزنبرك، مما يساعد في حساب ثابت الجاذبية الأرضية (G).
تعريف ثابت الجاذبية
ثابت الجاذبية، المعروف بالرمز G، هو قيمة تجريبية تم الوصول إليها من خلال مجموعة من التجارب. استخدم ثابت الجاذبية في صياغة قانون الجاذبية العام الذي وضعه إسحاق نيوتن في عام 1687. ومع ذلك، لم يتمقياسه عملياً إلا في عام 1798 من قِبل هنري كافنديش أثناء تجربته المشهورة. وقد كان كافنديش أول من نجح في قياس ثابت الجاذبية بدقة، ولم يكن هناك أي قياسات دقيقة قريبة من قيمة ثابت الجاذبية المقدمة من قبل نيوتن بعد كافنديش.
الخاتمة
استطاع العالم كافنديش إجراء تجربة هامة، أثبتت قيمة ثابت الجاذبية التي اكتشفها نيوتن قبل أكثر من قرن من الزمان، مما يبرز أهمية ومصداقية الأبحاث العلمية في فهم الظواهر الطبيعية.