ניסוי צ'יהליון

ניסוי צ'יהליון (באנגלית: Schiehallion Experiment) נערך בשנת 1774 לקביעת מסת כדור הארץ באמצעות מדידת הסטייה הקטנה בזווית של אנך בהשפעת כח הכבידה של עצם סמוך.

 רקע 
חוק המשיכה האוניברסלי נוסח על ידי אייזק ניוטון בשנת 1687 ועל פיו כל גוף מפעיל כח משיכה יחסי למסתו. באמצעות תצפיות אסטרונומיות ניתן לחשב את היחס בין מסת גרמי שמיים על פי יחס הכוחות שהם מפעילים על גופים אחרים: השמש על כדור הארץ, כדור הארץ על הירח וכדומה. כדי לחשב את המסה המוחלטת של כדור הארץ, ובעקבותיה את המסה של השמש, הירח וכוכבי הלכת יש למדוד את עצמת כח המשיכה של גוף שמסתו ידועה. משקולת תלויה על חוט נמשכת אל מרכז כדור הארץ ולכן תיצור זווית ישרה עם המשטח שמעליו היא תלויה. אם יש בקרבת מקום גוף בעל מסה גדולה כדוגמת הר יפעל על המשקולת גם כח המשיכה של ההר ולכן תיווצר סטייה קטנה של החוט מהאנך. בשנת 1734 ניסו פייר בוגה ו-Charles Marie de La Condamine  לבצע מדידה כזו בקרבת הר צ'ימבורסו שבאקוודור אך לא הצליחו לקבל תוצאות מדויקות בתנאי השטח הקשים.

 ביצוע הניסוי 
ממוזער|סכמה של ניסוי צ'יהליון. מהסטיה של הזווית שבין האנך לזנית ניתן לחשב את הכוח שמפעיל ההר על המשקולת.
בשנת 1774 יצאה משלחת בראשות האסטרונום נוויל מסקלין למדוד את כוח המשיכה שמפעיל ההר צ'יהליון (Schiehallion) שבסקוטלנד על עצמים סביבו. הר צ'יהליון נבחר על ידי האסטרונום צ'ארלס מייסון (Charles Mason) כיוון שהוא מבודד יחסית בסביבתו, הוא סימטרי בכיוון מזרח-מערב כך שקל למצוא את מרכז המסה שלו והמדרונות בכיוון צפון ודרום תלולים כך שניתן לבצע את המדידה קרוב למרכז המסה וכך להגדיל את השפעת כח המשיכה על המשקולת. לצורך מציאת מרכז המסה נדרש מיפוי קפדני של ההר. צ'ארלס הוטון (Charles Hutton) הקרטוגרף שביצע את המשימה יצר לשם כך את המפה הטופוגרפית הראשונה הכוללת קווי גובה. נדרשה שורה ארוכה של תצפיות אסטרונומיות לחישוב הזווית שבין המטוטלת לכוכבים ובסופה נמדדה סטייה מהכיוון האנכי בערך ב-11 שניות מעלה (0.003°) סטיה זעירה זו אפשרה לקבוע את היחס בין מסת ההר (שחושבה מהנפח שלו וצפיפות הסלע) למסת כדור הארץ וכך להעריך את מסת כדור הארץ ואת צפיפותו. הוטון העריך את צפיפות הסלעים מהם בנוי ההר ב-2,500 ק"ג למטר מעוקב וכך להעריך את צפיפותו של כדור הארץ כולו כתשע חמישיות מצפיפות הסלעים. תוצאות המדידה סוטות בכ-20% מהערך המקובל כיום. מתוצאות ניסוי צ'יהליון ניתן להעריך את גודלו של קבוע הכבידה אך קביעה זו לא הוגדרה כמטרת הניסוי.

24 שנים לאחר ניסוי צ'יהליון נערך ניסוי קוונדיש שקבע את צפיפות כדור הארץ ואת קבוע הכבידה בדיוק טוב יותר.

קטגוריה:פיזיקה: ניסויים
קטגוריה:כדור הארץ