آزمایش کاوندیش چیست ؟ آیا در مورد این آزمایش اطلاعاتی دارید؟ در این مطلب سعی در بررسی این آزمایش و نتایج به دست آمده از آن را داریم. با تکراتو همراه باشید.
آزمایش کاوندیش (Cavendish experiment)، در سال ۹۸–۱۷۹۷ توسط شخصی به نام هنری کاوندیش که یک دانشمند بریتانیایی بود انجام شد. در آزمایش کاوندیش برای اولین بار نیروی گرانش بین اجسام محاسبه شد و مقدار دقیقی نیز برای ثابت گرانش و جرم زمین به دست آمد.
البته پیش از هنری کاوندیش در سال ۱۷۸۳ یک زمین‌شناس به نام جان میشل وسیله‌ای برای انجام این آزمایش ساخت ولی وی پیش از اینکه بتواند آزمایش خود را تکمیل کند در سال ۱۷۹۳ مرد. بعد از مرگ وسیله‌ای که وی برای انجام آزمایش خود ساخته بود به فرانسیس جان هاید ولاستون و سپس به هنری کاوندیش رسید.
کاوندیش برای انجام آزمایش این دستگاه را از نو ساخت ولی برای انجام آزمایش در این زمینه براساس برنامه‌ای که میشل در سر داشت پیش رفت. کاوندیش اندازه‌گیری‌هایی را با آن انجام داد و نتایج به دست آمده را در سال ۱۷۹۸ منتشر نمود.
مروری بر زندگی هنری کاوندیش و تلاش‌هایش
هنری کاوندیش (Henry Cavendish) یک فیزیکدان انگلیسی است که در ۱۰ اکتبر ۱۷۳۱ به دنیا آمد. وی فردی ثروتمند اما خجالتی بود و بیشتر در تنهایی خود زندگی می‌کرد. وی یک بانک مشترک با ارتش نیز داشت. هنری با الکتریسیته کار می‌کرد و در ادامه توانست هیدروژن را در سال ۱۷۶۶ کشف کند. آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه کمبریج به نام وی است.
مادر هنری چهارمین دختر ویلیام کاوندیش، یک شخصیت مهم درباری، سیاست‌مدار و اولین دوک کنت بود و پدرش نیز یک دانشمند، سیاست‌مدار و یک نجیب زاده مشهور بود.
وی در سن ۱۱ سالگی در مدرسه شبانه‌روزی هاکنی انگلیس درس می‌خواند و در ۱۸ سالگی هم وارد دانشگاه کمبریج شد و به تحصیلات خود ادامه داد ولی هنری پس از چهار سال بدون اینکه مدرک دانشگاهی بگیرد، دانشگاه را ترک و همراه با برادرش به پاریس رفت و در آنجا مشغول به تحصیل در زمینه علوم و ریاضیات شد.
کشفیات علمی هنری کاوندیش
هنری کاوندیش کشفیات علمی بسیاری داشته است. وی در سال 1784 موفق به کشف هیدروژن و کشف ترکیب آب شد و در سال 1789 نیز در زمینه چگالی زمین تحقیقات و کشفیاتی انجام داد.
بخش بزرگی از کارهای تحقیقاتی کاوندیش تا اواخر سده نوزدهم همچنان ناشناخته مانده بود و تا آن زمان بسیاری از تحقیقات و یافته‌های وی به نام دیگران ثبت شده‌بود. آزمایش‌هایی که هنری در زمینه رسانایی الکتریکی انجام داده بود، یک سده از زمان وی جلوتر بودند.
در میان تحقیقات و کشفیات مهم موجود، وی توانسته بود:
- قانون بقای انرژی
- قانون اُهم
- قانون دالتن برای فشارهای جزیی
- قانون نسبت‌های متقابل ریشتر
- قانون گازهای شارل
- اصول رسانایی الکتریکی
را کشف و پیش‌بینی کند، اما کسی از این کشفیات باخبر نشد. وی بعد از مرگش سرنخ‌هایی از خود برجا گذاشت که به کشف گروه عناصر معروف به گازهای نجیب منجر شد.
چگونگی کشف هیدروژن و نقش کاوندیش در آن
هیدروژن که سبک‌ترین گاز موجود در طبیعت است، یکی از جالب ترین عناصر جدول تناوبی است و عدد اتمی آن یک است. هیدروژن را می توان با واکنش ساده‌ای مانند ریختن اسید کلریدریک بر روی براده‌ی فلز روی بدست آورد.
از قرون شانزدهم تا هیجدهم میلادی گزارش‌هایی موجود است که براساس آنها اگر اسید سولفوریک بر روی براده آهن ریخته شود، گازی متصاعد می‌شود که در آن زمان تصور می‌شد که نوعی هوای قابل اشتعال است. لومونوزوف دانشمند مشهور روسی به این نتیجه دست یافته بود. او اینگونه تحلیل می‌کند که انحلال فلز در اسید موجب آزاد شدن فلوژیستون می‌شود.
در آزمایش هنری کاوندیش نیز هوای قابل اشتعال مشاهده شده بود. البته هنری هرگز در انتشار نتایج تجربیات خود عجله نمی‌کرد و گاها سال‌ها می‌گذشت تا در مورد کشفیات خود مطلبی منتشر کند. بنابراین نمی‌توان گفت که وی به طور دقیق آزاد شدن هوای قابل اشتعال را در چه تاریخی دیده است.
در سال 1766 میلادی مطلبی در مورد آزمایش‌هایی با هوای مصنوعی متشر شد که توجه هنری کاوندیش را جلب کرد. وی تصمیم گرفت تا به بررسی این موضوع بپردازد که آیا نوع دیگری از هوای مصنوعی وجود دارد یا خیر.
او در ادامه در بررسی‌های خود به نوع دیگری از هوا اشاره کرد که در ترکیبات وجود داشتند. وی به این نتیجه رسید که هوای قابل اشتعال در موارد متعدد دیده می‌شود و خودش نیز به همان روش یعنی اثر دادن اسید سولفوریک و اسید کلرئیدریک بر آهن، روی و قلع نسبت به تهیه ان اقدام کرد.
وی اولین فردی بود که ثابت کرد که در همه‌ی موارد یاد شده نوع مشابهی هوا یعنی هوای قابل اشتعال وجود دارد. کاوندیش به عنوان پیرو نظریه آتش زایی تنها به یک نوع تفسیر درباره طبیعت ماده اعتقاد داشت و مانند لومونوزوف این ماده را فلوژیستون نامید.
وی نخستین فردی بود که کمیت چگالی را برای اندازه گیری‌های مربوط به گازها معرفی کرد. وقتی چگالی هوا را برابر واحد فرض کرد برای هوای قابل اشتعال مقدار 0.09 و برای چگالی هوای ثابت مقدار 1.75 را بدست آورد.
در ادامه کاوندیش در نظریات خود دچار اختلاف شد. با توجه به اینکه هوای قابل اشتعال دارای جرم است نمی‌توان آن را فلوژیستون خالص فرض کرد. به عبارت دیگر فلزاتی که هوای قابل اشتعال را از دست میدهند اجبارا باید دستخوش کم شدن جرم قرار گیرند. کاوندیش برای رفع این تفاوت فرضیه‌ای بی محتوا ابراز کرد؛ هوای قابل اشتعال مجموعه‌ای از فلوژیستون و آب است.
اگر چه کاوندیش هوای قابل اشتعال را وزن کرد، خواصش را شرح داد و آن را هوای مصنوعی دانست ولی او نیز نظیر سایر دانشمندان به ماهیت این ماده پی نبرد. در مقایسه با دیگران کاوندیش روش‌های تهیه و نیز خواص هوای قابل اشتعال را با جزئیات بیشتری شرح داده است.
شرح آزمایش کاوندیش
میشل که پیش از کاوندیش در این زمینه بررسی‌هایی انجام داده بود یک ترازوی پیچشی بسیار حساس ساخته بود که بعدها در آزمایش کاوندیش مورد استفاده قرار گرفت. این وسیله متشکل از یک میله افقی با دو گلوله کوچک سربی در دو انتها بود که از وسط توسط سیم پیچشی آویزان بود.
گلوله‌های بزرگ سربی در همان صفحه افقی گلوله‌های کوچک به آنها نزدیک می‌شدند، به طوری که نیروی جاذبه بین گلوله‌ها سیم را در یک جهت می‌پیچاند. این نیرو با نیروی پیچشی سیم به تعادل می‌رسید. در آزمایش دیگر، نیروی لازم برای پیچش سیم، با اندازه‌گیری نوسان آزاد میله حول محور سیم، به‌دست می‌آمد.
منظور از جرم زمین چیست؟
جرم زمین یا جرم زمینی (Earth mass)، یا (M⊕) یک یکای جرم است و اندازه آن برابر با جرم سیاره زمین است. در برآورد مقدار این یکا جرمِ اتمسفرِ این سیاره هم حساب می‌شود ولی جرم ماه را شامل نمی‌شود. جرم زمین یکی از یکاهای استاندارد جرم است که در ستاره‌شناسی کاربرد دارد و از ان برای نشان‌دادن نسبت جرمی سیاره‌های دیگر، مانند سیاره‌های سنگی زمین‌سان و سیاره‌های فراخورشیدی استفاده می‌شود.
منظور از ثابت گرانش چیست؟
ثابت گرانش (Gravitational constant) ثابتی است که در قانون جهانی گرانش نیوتن و در نظریه نسبیت عام انیشتین ظاهر شد. ثابت گرانش در نظریه مربوط به ساختار اجسام بزرگ و تکامل جهان نقش دارد.
بعد از مرگ نیوتن، هنری کاوندیش قانون گرانش را از طریق تجربی و به کمک یک ترازوی دوار در آزمایشگاه تأیید کرد. در این آزمایش همچنین اندازه عددی ثابت گرانش G برای نخستین بار به دست آمد. نخستین اندازه‌گیری دقیق را کاوندیش در سال ۱۱۷۷/۱۷۸۹ انجام داد.
بررسی تعدادی از آزمایش‌های برتر فیزیک
پس از بررسی آزمایش کاوندیش و تحقیقات هنری در این زمینه در این قسمت تعدادی از برترین آزمایش‌های فیزیک جهان بررسی می‌شوند. این آزمایش‌ها توسط ده فیزیکدان بسیار سرشناس انجام شده‌اند. جالب تر این که این آزمایش‌ها نیازی به کامپیوترهای فوق پیشرفته بسیار مدرن برای به رسیدن به نتایج نداشته‌اند.
- آزمایش ماکس پلانک و تئوری کوانتوم
- آزمایش گالیله در مورد سقط اجسام
- آزمایش قطره روغن میلیکان
- انکسار نور با منشور توسط نیوتن
- آزمایش تداخل نور یانگ
- آزمایش کاوندیش در مورد میله و پیچش
- اندازه گیری محیط زمین توسط اراتوستن
- آزمایش گالیله با گوی‌های غلتان بر روی سطح شیب دار
- آزمایش کشف هسته توسط رادرفورد
- آزمایش پاندول فوکو
در این مطلب آزمایش کاوندیش ، مروری بر زندگی کاوندیش و کشفیات و موفقیت‌های وی در علم فیزیک انجام گرفت. همچنین در زمینه فیزیک تعدادی از آزمایش‌های برتر انتخاب شده و در پایان مطرح شدند.
آیا در زمینه ای تخصص و تجربه کافی را دارید؟ دانش خود را با کاربران تکراتو به اشتراک بگذارید. برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.
.
منبع: adamayegonde , wikipedia
