Горизонты техники для детей, 1973 №3

Как Генри Кавендиш взвесил Землю

Было уже поздно, и в комнате царил полумрак. Генри Кавендиш, несмотря на свои шестьдесят семь лет, бодро прохаживался по комнате. Он очень любил тишину и одиночество. Присутствие людей и шумные разговоры всегда мучили его. Учёный привык быть в одиночестве, целые дни и недели обдумывать и проводить новые опыты, и ни на что не сменил бы такую жизнь. Химия влекла его издавна.

Ведь химические эксперименты постоянно расширяли запас знаний человека об окружающем мире, способствовали развитию других наук, вызывали к жизни новые открытия. Генри Кавендиш не стремился к славе, он даже не собирался публиковать результатов своих работ, хотя провёл множество химических опытов.

Как раз недавно химик познакомился с описанием интересного эксперимента. Он сразу же решил использовать прочитанное, чтобы взвесить Землю. Учёный уже давно мечтал об этом. Правда, у нового замысла было мало общего с химическими экспериментами, какими он занимался последнее время. Но осуществление проекта требовало вовсе не меньшей точности.

Вскоре нужная аппаратура была готова. Стоя у порога соседней комнаты, Кавендиш рассматривал аппаратуру с таким интересом, как будто видел её первый раз. Он был явно доволен своим делом. «Наконец-то завтра можно приступить к измерениям», — подумал химик. Он пригладил седые волосы, запер на ключ лабораторию и направился в столовую.

После ужина Генри Кавендиш продолжал сидеть в столовой. Тусклое освещение и удобное мягкое кресло склоняли к размышлениям. Уже немолодой учёный раздумывал о своём соотечественнике Исааке Ньютоне и его законе всемирного тяготения. «Как ни странно, но даже левая рука человека притягивает правую, хотя эта сила настолько мала, что практически не ощущается. Если бы мы взяли гирю определенной массы, то Земля притягивала бы её с силой, величину которой можно измерить с помощью пружинных весов. Эта сила, представляющая собой ни что иное, как вес гири, зависит от массы гири и всей Земли, от расстояния центров их масс и постоянного коэффициента». Именно он больше всего интересовал учёного. Ведь зная его величину, а также вес и массу гири, и ее расстояние от центра Земли, можно определить массу нашей планеты, т. е. как бы взвесить Землю.

Утро следующего дня было тёплое и солнечное. Оно как бы предвещало удачу. Обычно в хорошую погоду Кавендиш работал с ещё большим воодушевлением. Вот и сегодня он чуть свет пришёл в лабораторию, желая ещё раз всё проверить и исключить возможность какой-либо неожиданности. Справедливости ради стоит добавить, что к любому опыту ученый готовился тщательно. И поэтому неприятные неожиданности случались крайне редко.

Аппаратура, освещенная первыми солнечными лучами, как будто только и ждала, когда Генри Кавендиш разрешит ей работать. Но спокойный взгляд учёного всё ещё продолжал блуждать по лебёдкам, проволокам и другим деталям.

Надо сознаться, приготовленная аппаратура выглядела очень странно. И тому, кто впервые увидел бы её, трудно было бы разобраться в ней. Но учёный все тщательно обдумал. Он установил стержень с двумя проволоками, а к их концам прикрепил два больших металлических шара. С помощью системы рычагов, находящейся в соседней комнате, можно было поворачивать стержень, изменяя положение больших шаров относительно двух маленьких шариков, расположенных на концах деревянного бруса. Брусок Кавендиш подвесил на длинной гибкой проволоке. Если на брус подействует даже незначительная сила, произойдёт скручивание проволоки, на которой он подвешен. Поскольку угол скручивания проволоки строго зависит от силы, действующей на брус, угол может служить для её измерения. Зная величину этого угла, полученную в ходе соответствующих замеров, можно довольно легко подсчитать. силу, вызвавшую скручивание.

Убедившись в надлежащем порядке, Кавендиш закрыл дверь лаборатории и перешёл в соседнюю комнату. Проводимые измерения требовали такой точности, что даже малейшее движение воздуха могло сказаться на их результатах. Вот почему учёный вышел из лаборатории, а систему рычагов поместил в комнате рядом. Кавендиш хорошо знал: при каждом изменении положения больших шаров относительно маленьких будет изменяться сила, с какой большие свинцовые шары притягивают шарики, прикрепленные к деревянному брусу. В результате брус будет поворачиваться, проволока, удерживающая его начнёт скручиваться. Для за отклонением прибора в стену лаборатории была вмонтировала зрительная труба.

Учёный подошёл к рукояткам аппаратов, находящихся в лаборатории, и приблизил лицо к зрительной трубе. Изменяя установку шаров, он внимательно следил в зрительную трубу за перемещением шкалы с делениями.

Свои наблюдения учёный продолжал несколько дней. Наконец он собрал все данные двадцати трёх измерений: такое число измерений исключало случайные ошибки, а новые замеры, пожалуй, вряд ли бы уточнили полученные результаты.

Высчитав постоянный коэффициент и пользуясь законом всемирного тяготения, Кавендиш мог теперь определить массу Земли, а позднее… позднее также Луны, Солнца и других планет солнечной системы. Наклонившись над листами бумаги, учёный записывал головокружительные числа. Вышло почти 12 000 000 000 000 000 000 000 000 фунтов. Число с двадцатью четырьмя нулями произвело на учёного большое впечатление. Да, масса Земли огромна.

В этот момент Кавендиш даже как будто сильнее почувствовал земное притяжение, благодаря которому он так удобно сидел в своём глубоком кресле. «Но какова же средняя плотность нашей планеты?» — задумался учёный. Он быстро подсчитал объём Земли, а позднее массу планеты разделил на только что полученную величину. Во избежание ошибки он проверил свои вычисления. Нет, он не ошибся. Средняя плотность Земли почти в пять с половиной раз больше, чем плотность воды. Учёный хорошо помнил, что во время геологических экспедиций ему никогда не удалось найти такую тяжелую горную породу. Значит внутренняя часть Земли должна состоять из более тяжёлых веществ. Может быть, недра Земли содержат богатые месторождения железа?

Генри Кавендиш почувствовал усталость. Он встал от письменного стола и отправился на прогулку, какую обычно совершал перед сном. Шёл 1798 год.

Е.В.