Wat is de torsiesaldo?
Een torsiebalans is een apparaat dat is uitgevonden om zeer kleine krachten zoals zwaartekrachten tussen kleine massa's of magnetische krachten tussen geladen bollen te meten. De torsiebalans bestaat uit een horizontale staaf met een identieke bol aan beide uiteinden. De horizontale stang draait op een draad die hem in het midden ondersteunt. Vaste, kleine bollen van identieke massa's, of ladingen, worden dicht bij de bollen aan de uiteinden van de roterende staaf geplaatst, waardoor ze worden aangetrokken en de draad gaat draaien. De hoeveelheid draaiing in de draad kan dan wiskundig worden omgezet in de hoeveelheid kracht tussen de stationaire bollen en die op de bewegende staaf.
Wanneer de massa's van de bollen in een torsiebalans bekend zijn, kunnen wetenschappers een zwaartekrachtconstante berekenen om in de omgekeerde vierkante gravitatiewet van Newton in te voegen. Uit deze resultaten kunnen kleine krachten tussen bollen van onbekende massa worden afgeleid. De krachten tussen stationaire bollen met onbekende massa en de bewegende bollen met bekende massa worden gevonden door te observeren hoe vaak de horizontale staaf in een bepaalde tijd heen en weer zwaait. De frequentie van de heen en weer beweging van de stang is gerelateerd aan de torsiespanning in de draad, waaruit de onbekende krachten kunnen worden berekend.
In 1783 publiceerde een natuurkundige, Charles-Augustin de Coulomb, zijn ontdekking dat de omgekeerde kwadratenwet, voor het eerst voorgesteld door Newton om zwaartekrachten te beschrijven, kon worden toegepast op aantrekkelijke of afstotende magnetische ladingen. In de wet van Coulomb vereisten aantrekkelijke of afstotende krachten tussen objecten vanwege hun magnetische eigenschappen een constante, de constante van de Coulomb-kracht. Wanneer de ladingen op de bewegende en vaste bollen van de torsiebalans bekend zijn, kan de constante worden berekend. Vervolgens konden vaste bollen van onbekende ladingen worden geïnstalleerd en aantrekkelijke of afstotende krachten tussen hen en de bewegende bollen kunnen worden berekend door de frequentie van heen en weer gaande beweging van de horizontale staaf te meten.
Opeenvolgende torsiesaldi zijn in hun metingen verfijnder en preciezer geworden. Wetenschappers merkten op dat door de horizontale staaf in de balans een eerste duw te geven, de extreem kleine weerstand van de metaalatomen in de dunne draad die de staaf ondersteunt, ervoor kan zorgen dat deze horizontaal met een bepaalde snelheid heen en weer roteert. De relatie tussen de torsiespanningen in de metaaldraad wanneer blootgesteld aan de oneindig kleine krachten tussen bolvormige lichamen blijft met succes de onbekenden meten in omgekeerde kwadraatvergelijkingen.