Appareil pour la détermination de la constante de gravitation

Légende : L'observation du mouvement des planètes autour du Soleil ou de la Lune autour de la Terre ne permet pas d'obtenir la constante gravitationnelle, car dans ces cas, la masse du corps central n'est pas connue au départ. Pour mesurer la constante gravitationnelle, il fallait que les masses en jeu aient été déterminées indépendamment de la mesure de leur attraction gravitationnelle. Le dispositif illustré ici a été construit par John Michell (1724-1793), mais celui-ci est décédé avant d'avoir pu réaliser l'expérience. Henry Cavendish (1731-1810) a hérité du dispositif, l'a modifié de manière à supprimer les perturbations externes et a réalisé l'expérience avec succès. Le rapport de Cavendish à la Royal Society s'intitulait "Experiments to determine the density of the Earth" (Expériences pour déterminer la densité de la Terre) car, à partir de la connaissance de la constante gravitationnelle, de l'accélération gravitationnelle à la surface de la Terre et du rayon de la Terre, on peut alors déterminer la masse de la Terre et sa densité moyenne. D'un point de vue moderne, ce que l'on appelle aujourd'hui "l'expérience de Cavendish" est considérée comme un moyen de déterminer la constante gravitationnelle G de Newton. L'image montre une coupe transversale de l'appareil, que Cavendish a isolé des influences environnementales en le plaçant dans une pièce séparée et à l'intérieur d'une boîte en bois. Les dispositifs permettant à Cavendish d'éclairer, d'observer et de manipuler l'expérience depuis l'extérieur sont également illustrés. Le cœur de l'expérience est une balance de torsion utilisant deux petites sphères de plomb. La force de rappel du pendule de torsion est déduite de sa fréquence d'oscillation naturelle en l'absence des grandes masses. L'attraction gravitationnelle des petites sphères de plomb sur leurs homologues plus grandes peut alors être déterminée en mesurant jusqu'où elle fait dévier les masses du pendule de torsion de leur position nulle. L'image est une version légèrement modifiée (recadrée, contraste et luminosité ajustés) de la figure 1 de l'article de Cavendish publié dans les Philosophical Transactions of the Royal Society, volume 88 (décembre 1798), pp. 469-526 [DOI : 10.1098/rstl.1798.0022]. Nous remercions la Royal Society d'avoir autorisé la publication de cette image sous licence CC BY.
Crédit : Henry Cavendish dans Philosophical Transactions of the Royal Society, DOI : 10.1098/rstl.1798.0022 Lien vers les crédits

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