Hva er torsjonsbalansen?

En torsjonsbalanse er en enhet som er oppfunnet for å måle veldig små krefter som gravitasjonskrefter mellom små masser eller magnetiske krefter mellom ladede kuler. Torsjonsbalansen består av en horisontal stang med en identisk sfære i hver ende. Den horisontale stangen roterer på en ledning som støtter den i sentrum. Faste, små kuler med identiske masser, eller ladninger, plasseres nær kulene i endene av den roterende stangen, og tiltrekker dem og får ledningen til å vri seg. Mengden av vri i ledningen kan deretter omdannes matematisk til mengden kraft mellom de stasjonære kulene og de som er på den bevegelige stangen.

Når massene av kulene i en torsjonsbalanse er kjent, kan forskere beregne en gravitasjonskonstant for å sette inn i Newtons omvendte kvadratiske gravitasjonslov. Fra disse resultatene kan små krefter mellom sfærer av ukjent masse avledes. Kreftene mellom stasjonære sfærer av ukjent masse og de bevegelige sfærene med kjent masseblir funnet ved å observere antall ganger den horisontale stangen svinger frem og tilbake i en gitt tid. Hyppigheten av stangens frem og tilbake bevegelse er relatert til torsjonsstresset i ledningen, hvorfra de ukjente kreftene kan beregnes fra.

I 1783 publiserte en fysiker, Charles-Augustin de Coulomb, hans oppdagelse at den omvendte kvadratiske loven, først foreslått av Newton for å beskrive gravitasjonsstyrker, kunne brukes på attraktive eller frastøtende magnetiske ladninger. I Coulombs lov krevde attraktive eller frastøtende krefter mellom objekter, på grunn av deres magnetiske egenskaper, en konstant, Coulomb -kraften konstant. Når ladningene på bevegelige og faste kuler i torsjonsbalansen er kjent, kan konstanten beregnes. Deretter kan faste sfærer av ukjente ladninger installeres og attraktive eller frastøtende krefter mellom dem og de bevegelige sfærene kan bE beregnet ved å måle frekvensen av frem og tilbake bevegelse av den horisontale stangen.

Påfølgende torsjonsbalanser har blitt mer sofistikerte og presise i sine målinger. Forskere bemerket at ved å gi den horisontale stangen i balansen en innledende skyv, kan den ekstremt lille motstanden til de metalliske atomene i den tynne ledningen som støtter stangen føre til at den roterer horisontalt frem og tilbake med en viss hastighet. Forholdet mellom torsjonsspenninger i metalltråden når de blir utsatt for de uendelige kreftene mellom sfæriske kropper fortsetter å måle de ukjente i omvendte firkantede lovligninger.