في تجربة كافندش قيمة g لا تتعلق بنوع مادة الكرة بل بكتلتها. صواب خطأ
الجواب هو: صواب العبارة صحيحة. ساهمت تجربة العالم هنري كافندش بشكل رئيسي في قياس ثابت الجذب الكوني (g) من خلال ابتكار طريقة عملية لقياس قوة الجاذبية المتناهية الصغر بين الأجسام على الأرض باستخدام جهاز صُمم خصيصاً لهذا الغرض .
وتتلخص آلية المساهمة والعمل في النقاط التالية:
تصميم الجهاز: صُمم الجهاز من ذراعين أفقيتين؛ إحداهما ذراع صغيرة حرة الحركة، والأخرى ثابتة. ووُضعت كرات من الرصاص (كتل كبيرة وكتل صغيرة) في كفتي كل ذراع.
رصد الحركة بالضوء: وُضعت مرآة في منتصف الذراع المتحركة، وسُلّط عليها شعاع ضوئي ينعكس عائداً إلى مصدره. وعندما حدث تجاذب بسيط بين الكرات الرصاصية، بدأت الذراع الحرة بالحركة الطفيفة نحو الذراع الثابتة.
تحديد المسافة والزاوية: تم رصد هذه الحركة الدقيقة جداً من خلال ملاحظة تغير مكان انعكاس الضوء (حيث لم يعد ينعكس إلى مصدره المباشر بل إلى مكان آخر)1. ومن خلال قياس زاوية الانعكاس، استطاع كافنديش تحديد المسافة الدقيقة التي تحركتها الذراع.
حساب الثابت (G): بمعرفة كتل الكرات الرصاصية (الكبيرة والصغيرة) والمسافة المقاسة بينها، والتعويض بهذه القيم في قانون نيوتن للجذب الكوني تمكن كافنديش من حساب قيمة ثابت الجذب الكوني.
لماذا لا نشعر بقوة الجاذبية بيننا وبين الأشياء اليومية؟
تظهر قوة التجاذب بين الأجسام التي نشاهدها في حياتنا اليومية (مثل التجاذب بينك وبين السيارة، أو بين المباني، أو الكرات) لأن كتل الأجسام التي نتعامل معها يومياً صغيرة جداً ولا تقارن أبداً بكتل الكواكب الضخمة. فقوة التجاذب وتأثيراتها لا تظهر وتتضح بشكل ملموس ومحسوس إلا بين الأجرام ذات الكتل الهائلة جداً كالأرض والكواكب الأخرى.
لماذا استخدم كافنديش كرات من الرصاص تحديداً؟
السبب وراء اختيار كافنديش لمادة الرصاص تحديداً لصنع الكرات المستخدمة في تجربته. هو أن التجربة اعتمدت عملياً على استخدام كرتين كبيرتين من الرصاص وكرتين صغيرتين أُخريين من الرصاص لقياس قوة الجاذبية بينهما، دون توضيح للعلة الفيزيائية وراء اختيار هذا العنصر بالذات. حيث اختيار العالم هنري كافنديش لكرات الرصاص تحديدًا في تجربته الشهيرة لم يكن عشوائيًا، بل استند إلى أسباب فيزيائية وهندسية بالغة الأهمية لضمان دقة قياس قوة الجاذبية المتناهية الصغر:
الكثافة العالية جداً للرصاص (High Density): قوة الجاذبية المتبادلة بين أي جسمين تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما، وبما أن الرصاص يتميز بكثافة عالية جداً، فإنه يوفر كتلة كبيرة جداً في حجم (حيز) صغير. هذا الحجم الصغير أتاح لكافنديش تقريب الكرات بشكل كبير جداً من بعضها البعض (تقليص المسافة بين مراكز كتلها)، مما ضاعف وعظّم قوة الجذب الضعيفة وجعل قياسها ورصد حركتها الدقيقة أمراً ممكناً عملياً.
تجنب التداخل المغناطيسي (Non-Magnetic Properties): الرصاص معدن غير مغناطيسي. لو تم استخدام معادن قابلة للتمغنط كالحديد أو النيكل، لتداخلت الحقول المغناطيسية الطفيفة (سواء المغناطيسية الأرضية أو الشحنات المغناطيسية الساكنة العارضة في المختبر) مع قوة الجاذبية المتناهية الصغر المراد قياسها، مما كان سيفسد دقة التجربة بالكامل.
سهولة الصب والتصنيع الهندسي: يتميز الرصاص بنقطة انصهار منخفضة نسبياً وليونة عالية مقارنة بالمعادن الأخرى، مما سهّل على كافنديش عملية صب كرات ضخمة متجانسة كروية الشكل تماماً وتحديد مراكز كتلها بدقة رياضية متناهية.