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扭秤实验

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HUST-2020扭秤实验示意图物理学权威学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线刊发了物理学院引力中心团队题为《利用HUST-2020扭秤实验卡文迪许扭秤实验牛顿提出了万有引力理论，那么万有引力到底有多大呢？18世纪末，英国科学家亨利ⷥᦖ‡迪许找到一个计算方法。他牛顿及其著作《自然哲学的数学原理》副本 (图片来源/维基百科）万有引力的发现是17世纪取得的自然科学伟大的成果之一，它把地面罗伯特ⷥ닦 𙧚„油滴试验1909年美国科学家罗伯特ⷥ닦 𙥼€始测量电流的电荷。他用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴扭秤法等效原理实验检验原理示意图一根悬丝悬挂一根细杆，细杆两端连接不同材料的两个重物，例如，铜和铂，这一个装置称之为但是当时没有人能够测出具体数值来。直到100多年后，万有引力常量才由卡文迪许利用扭秤实验测出（G=6.672x10^-11）。万有引力定律发现100多年后，英国物理学家卡文迪许第一次利用扭秤实验测出G值，因而被认为是历史上第一个测出万有引力常数的1798年，卡文迪许（Henry Cavendish）通过扭秤实验第一次测量了引力常数值。到了2018年，中国科学家在两个独立的测量中，得到但所采取的方法依然是卡文迪许的扭秤实验，不过现在已经繁琐复杂精密多了。这次他们同时采取了扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法物理学权威学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线刊发了物理学院引力中心团队题为《利用HUST-2020扭秤实验引力波对弱等效原理的破坏众所周知，引力波是爱因斯坦广义相对论的重要产物之一。当两个天体互相绕转时，它们就会扰动时空，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5％以内。第6名：卡文迪什扭秤实验图1‑8 卡文迪许改进的扭秤卡文迪许在获得这个扭秤之后，仔细推敲了所有可能产生实验误差的细节，对这个扭秤进行了多项重大的实验用精巧的扭秤装置测量两个微小物体（球s和球t）之间的引力。此次实验装置成功克服了前面提到的微小物体引力测定的三个难点在三位科学家对扭秤实验的方法和测量进行改良之后，弱等效原理的精度达到了10^-13，这几乎是地面实验的极限了。后来，人们提出本次实验中，为了增加测量结果的可靠性，实验团队同时使用了两种独立的方法，分别是扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法。这两种实验卡文迪许的引力常数为：G=6.754㗱0^-11Nⷭ^2kg^2 这样，精确的万有引力定律公式为：F=ImageTitle/r^2 人们根据这个公式精确的至于是怎么算的，当然是根据万有引力定律，而该定律中非常关键的万有引力常数则是18世纪的英国科学家卡文迪许通过扭秤实验测量相较于库伦扭秤实验，操作更加简单，现象更加直观。通过自制“定量探究库仑定律实验教具”的使用，在课堂上就能让学生体会到科学但是限于实验条件，牛顿自己并没有测量出这个量。直到一百多年之后，英国科学家卡文迪许才通过精巧的扭秤实验测量出了G的数值。1785年，查尔斯ⷥ𚓤𛑧”覉�䥁š实验证实了普利斯特里的猜测，两个带电物体施加于彼此之间的作用力与距离成平方反比。他奠定了静电我们先从卡文迪许扭秤实验谈起。卡文迪许扭秤的实验思想是利用四个球间引力，利用T形架的转动即利用力矩增大引力的可观察效果，他通过扭秤实验计算出，地球的密度是水密度的5.48倍，这与今天广泛接受的5.52倍极其接近。接下来就简单了，将地球密度与地球我们先从卡文迪许扭秤实验谈起。卡文迪许扭秤的实验思想是利用四个球间引力，利用T形架的转动即利用力矩增大引力的可观察效果，库仑扭秤第一个问题是，库仑的实验晚于卡文迪许，为什么其精度反而不及后者？这是由于库仑用的是他发明的扭秤来测力的，但是很它只是一个很小的实验装置，我们称其为扭秤。什么是扭秤呢？根据万有引力定律可知，任何有质量的物体之间都具有相互的引力作用，卡文迪许发明了一种简单而有趣的实验装置，名为“扭秤”，这个实验装置的主体其实就是一根木棍、两个小球和一根细线，卡文迪许他在20世纪初开创了这样的实验）正利用精确校准的扭秤搜寻违背等效原理（以及偏离平方反比定律）的现象。他们的观测尺度已经大家用不同的扭秤在全世界各地测量的结果还是非常接近的。当然，还可能干脆就是瑞士山洞里的引力常量和世界其他地方的数值不一但怎样得到可以代入公式的可靠数据才是困难所在。怎样避免人在房间里走来走去带起的风干扰实验？怎么精确地读出悬丝扭转的角度？光源发出的准直细光束照在与扭秤固连的平面镜上再反射到房间的人在室外通过观察镜筒读出这段距离，就可以获得测 G 实验中的另这种秤被后来称为库仑扭秤，可以精确测量出木球a与t之间产生的并由螺旋微测计记录实验结果。库仑发现增大木芯球t与a所带的扎实的实验报告罗俊团队从上世纪八十年代就已开始采用扭秤技术精确测量万有引力常数G，历经十多年的努力于1999年得到了第一个又经过十年实验和研究，罗俊团队将G值测量精度提高到26ppm，这是采用扭秤周期法测得的最高精度G值。实验结果再次被CODATA测量用的是经典的扭秤法：研究者把两个小金球固定在玻璃杆两段，用玻璃纤维悬挂起来，然后用激光测量装置因引力变化产生的微小英国人卡文迪许(1731—1810)是有史以来最伟大的实验科学家之一一百多年前,卡文迪许就用自己设计的扭秤，推算出了地球密度是水近年来，引力中心围绕引力实验和相关基础物理开展基础科学前沿问题研究，发展精密扭秤、空间惯性传感器、冷原子干涉、激光测距、“这是一个概念验证实验，旨在创建一个能够测量非常小的加速度研究人员使用了一个微型的扭秤——这是一种由英国科学家亨利ⷥ𐱩€š过“扭秤”计算出了地球质量在60万亿亿吨左右。万有引力地球内部结构有明显分层，所以密度也不一样，但通过多次实验，1798年，物理学家亨利ⷥᦖ‡迪许通过“卡文迪许扭秤”测出了引力再后来，科学家又在实验中测得质子和中子的质量分别为科学怪人卡文迪许就在此时出战了，为了能够排除实验的误差，他将一种叫做“扭秤”的装置进行了改良，然后开始了自己的观察之旅回到实验室以后，亨利ⷥᦖ‡迪在细线上固定了一个小镜子，当细线被大家称之为“扭秤”。 1798年，67岁的亨利ⷥᦖ‡迪利用扭秤夏令营期间，营员们参观了校史馆和引力中心山洞实验室，分组参与了振动与隔振、扭秤测G、加速度传感、共振腔稳频等六项创新近年来，引力中心围绕引力实验和相关基础物理开展基础科学前沿问题研究，发展精密扭秤、空间惯性传感器、冷原子干涉、激光测距、匈牙利物理学家厄缶在1900年前后，改进了扭秤的设计，使悬杆如今更有在太空中的两种质量实验，都没有测出惯性质量与引力质量

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