Hvad er Torsionsbalancen?
En torsionsbalance er en anordning, der er opfundet til at måle meget små kræfter som tyngdekræfter mellem små masser eller magnetiske kræfter mellem ladede kugler. Torsionsbalancen består af en vandret stang med en identisk kugle i begge ender. Den vandrette stang roterer på en ledning, der understøtter den i midten. Faste, små kugler med identiske masser eller ladninger placeres tæt på kuglerne i enderne af den roterende stang, hvilket tiltrækker dem og får tråden til at vri sig. Mængden af drejning i ledningen kan derefter matematisk konverteres til mængden af kraft mellem de stationære kugler og dem på den bevægelige stang.
Når masserne af kuglerne i en torsionsbalance er kendt, kan forskere beregne en gravitationskonstant, der skal indsættes i Newtons omvendte firkantede gravitationslov. Fra disse resultater kan der afledes små kræfter mellem kugler med ukendt masse. Kræfterne mellem stationære kugler med ukendt masse og de bevægelige kugler med kendt masse findes ved at observere antallet af gange de vandrette stang svinger frem og tilbage i en given tidsperiode. Hyppigheden af stangens bevægelse frem og tilbage er relateret til torsionsspændingen i tråden, hvorfra de ukendte kræfter kan beregnes.
I 1783 offentliggjorde en fysiker, Charles-Augustin de Coulomb, sin opdagelse af, at den omvendte firkantlov, der først blev foreslået af Newton for at beskrive tyngdekræfter, kunne anvendes på attraktive eller frastødende magnetiske ladninger. I Coulombs lov krævede attraktive eller frastødende kræfter mellem genstande på grund af deres magnetiske egenskaber en konstant, Coulomb-styrken konstant. Når ladningerne på torsionsbalanceens bevægende og faste kugler kendes, kan konstanten beregnes. Efterfølgende kunne faste kugler med ukendte ladninger installeres, og attraktive eller frastødende kræfter mellem dem, og de bevægelige kugler kan beregnes ved at måle frekvensen for frem og tilbage bevægelse af den vandrette stang.
Successive torsionsbalancer er blevet mere sofistikerede og præcise i deres målinger. Forskere bemærkede, at ved at give den horisontale stang i balancen et første skub, kan den ekstremt lille modstand af de metalliske atomer i den tynde tråd, der understøtter stangen, forårsage, at den roterer vandret frem og tilbage i en bestemt hastighed. Forholdet mellem torsionsspændingerne i metaltråden, når de udsættes for de uendelige kræfter mellem sfæriske legemer, fortsætter med at måle de ukendte i omvendte kvadratlovligninger.