Was ist die Torsionsbalance?

Eine Torsionsbilanz ist ein Gerät, das erfunden wurde, um sehr kleine Kräfte wie Gravitationskräfte zwischen kleinen Massen oder Magnetkräften zwischen geladenen Kugeln zu messen. Das Torsionsgleichgewicht besteht aus einer horizontalen Stange mit einer identischen Kugel an beiden Enden. Die horizontale Stange dreht sich an einem Draht, der sie in seiner Mitte stützt. Fixe, kleine Kugeln identischer Massen oder Ladungen werden in der Nähe der Kugeln an den Enden der rotierenden Stange platziert, wodurch sie anziehen und den Draht verdrehen lassen. Die Menge der Drehung im Draht kann dann mathematisch in die Kraft zwischen den stationären Kugeln und denen auf der sich bewegenden Stange umgewandelt werden.

Wenn die Massen der Kugeln in einem Torsionsbilanz bekannt sind, können Wissenschaftler eine Gravitationskonstante berechnen, um in Newtons umgekehrtes quadratisches Gravitationsgesetz einzufügen. Aus diesen Ergebnissen können kleine Kräfte zwischen Kugeln unbekannter Masse abgeleitet werden. Die Kräfte zwischen stationären Kugeln unbekannter Masse und den sich bewegenden Kugeln der bekannten Massewerden gefunden, indem die Häufigkeit der horizontalen Stangen in einer bestimmten Zeit hin und her schwingt. Die Frequenz der Hin- und Herbewegung der Stange hängt mit der Torsionsspannung im Draht zusammen, aus der die unbekannten Kräfte berechnet werden können.

1783 veröffentlichte ein Physiker, Charles-Augustin de Coulomb, seine Entdeckung, dass das inverse quadratische Gesetz, das zuerst von Newton vorgeschlagen wurde, um die Gravitationskräfte zu beschreiben, zu attraktiven oder abstoßenden magnetischen Anklagen angewendet werden könnte. In Coulombs Gesetz erforderten attraktive oder abstoßende Kräfte zwischen Objekten aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften eine Konstante, die Coulomb -Kraftkonstante. Wenn die Gebühren für die sich bewegenden und festen Kugeln des Torsionsguthabens bekannt sind, kann die Konstante berechnet werden. Anschließend konnten feste Kugeln unbekannter Ladungen installiert und attraktive oder abstoßende Kräfte zwischen ihnen und den beweglichen Kugeln können bE berechnet durch Messung der Frequenz der Hin- und Herbewegung des horizontalen Stabes.

Torsionsbilanzen in Folge sind in ihren Messungen anspruchsvoller und präziser geworden. Die Wissenschaftler stellten fest, dass durch die Angabe des horizontalen Stabes im Gleichgewicht ein anfänglicher Stoß der extrem geringe Widerstand der metallischen Atome im dünnen Draht, der die Stange stützt, mit einer bestimmten Geschwindigkeit horizontal hin und her dreht. Die Beziehung zwischen den Torsionsspannungen im Metalldraht, wenn sie den infinitesimalen Kräften zwischen kugelförmigen Körpern ausgesetzt sind, messen die Unbekannten in umgekehrten Quadrat -Rechtsgleichungen weiterhin erfolgreich.