Masa Ziemi a Eksperyment Cavendisha
Eksperyment Cavendisha był pierwszym doświadczeniem, w którym zmierzono stałą siłę grawitacji pomiędzy masami w laboratorium. To właśnie ten eksperyment jako pierwszy umożliwił uzyskanie dokładnej wartości stałej grawitacji. Zostało wykonane w latach 1797-1798 przez brytyjskiego naukowca Henry’ego Cavendisha. Ze względu na stosowany ówcześnie system miar, stała grawitacji nie pojawiła się wyłącznie w pracy Cavendisha. Zamiast niej wyznaczono średnią gęstość Ziemi, a co za tym idzie, określona została masa Ziemi. Były to również pierwsze wyliczenia stałych geofizycznych. Aby zrealizować swoje doświadczenie, Cavendish wykorzystał wcześniejsze prace z 1783 roku wykonane przez Johna Michella. Naukowiec ten buł twórcą urządzenia określanego mianem wagi skręceń. Michell umiera w 1793 roku, nie kończąc swych prac, a jego urządzenie trafia w ręce Francisa Wollastona, a później do samego Cavendisha. Ten przebudował je, starając się nie zmieniać zbytnio oryginalnych planów twórcy urządzenia. Następnie naukowiec dokonał serii pomiarów za pomocą urządzenia, a wyniki ogłosił w 1798 roku.
Przebieg eksperymentu Cavendisha
Cavendish skonstruował urządzenie, którym była waga skręceń. Był to pręt o długości 1,8 m, wykonany z drewna i zawieszony na drucie, na którego końcach rozmieszczono ołowiane kule o średnicy 51 mm oraz masie 0,78 kg. Oprócz tego w skład układu wchodziły dwie ołowiane kule o średnicy 300 mm i masie 158 kg, które były podtrzymywane niezależnie od układu, który podtrzymywał mniejsze kule. Umieszczono je blisko nich w odległości około 230 mm. W trakcie eksperymentu przedmiotem pomiaru była siła oddziaływania między dużą a małą kulą. Dwie większe kule umieszczono po przeciwnych stronach drewnianego ramienia wagi w orientacji poziomej. Siła przyciągania między kulami była przyczyną obrotu ramienia, które skręcało drut na którym było podwieszone. Wskutek tego ramię wychylało się o kąt, w którym siła skręcania drutu była równoważona przez grawitacyjną siłę przyciągania między kulami.
Przy znajomości kąta wychylenia oraz momentu siły skręcającej w zależności od kąta skręcania Cavendish mógł określić siłę, z jaką oddziaływały na siebie pary mas. Ze względu na możliwość pomiaru siły grawitacji, z jaką Ziemia działa na mniejszą kulę przy pomocy wagi, to stosunek obu sił pozwolił na wyznaczenie gęstości Ziemi przy użyciu prawa powszechnego ciążenia. Cavendish obliczył, że gęstość Ziemi była 5,448 ± 0,033 razy większa od wody. W jego dokumentacji pojawiła się jednak błędna wartość, której przyczyną był banalny błąd arytmetyczny.
