Co to jest równowaga skrętna?
Równowaga skrętna to urządzenie opracowane do pomiaru bardzo małych sił, takich jak siły grawitacji między małymi masami lub siły magnetyczne między naładowanymi sferami. Równowaga skrętna składa się z poziomego pręta z identyczną kulą na obu końcach. Pręt poziomy obraca się na drucie, który podpiera go w środku. Nieruchome, małe kulki o identycznych masach lub ładunkach umieszcza się blisko kul na końcach obracającego się pręta, przyciągając je i powodując skręcenie drutu. Ilość skrętu w drucie można następnie matematycznie przeliczyć na siłę między sferami stacjonarnymi a siłą poruszającego się pręta.
Kiedy znane są masy kulek w równowadze skrętnej, naukowcy mogą obliczyć stałą grawitacyjną, aby wprowadzić ją do odwrotnego prawa grawitacji Newtona. Z tych wyników można wyliczyć małe siły między sferami o nieznanej masie. Siły między sferami stacjonarnymi o nieznanej masie a ruchomymi sferami o znanej masie można znaleźć, obserwując, ile razy pręt poziomy porusza się do przodu i do tyłu w danym czasie. Częstotliwość ruchu pręta do przodu i do tyłu związana jest z naprężeniem skrętnym w drucie, na podstawie którego można obliczyć nieznane siły.
W 1783 roku fizyk Charles-Augustin de Coulomb opublikował swoje odkrycie, że odwrotne prawo kwadratowe, zaproponowane po raz pierwszy przez Newtona do opisania sił grawitacyjnych, może być zastosowane do przyciągających lub odpychających ładunków magnetycznych. Zgodnie z prawem Coulomba siły przyciągające lub odpychające między obiektami ze względu na ich właściwości magnetyczne wymagały stałej, stałej siły Coulomba. Gdy znane są ładunki na ruchomych i stałych sferach równowagi skrętnej, wówczas można obliczyć stałą. Następnie można zainstalować stałe kule nieznanych ładunków, a siły przyciągające lub odpychające między nimi a ruchomymi kulami można obliczyć, mierząc częstotliwość ruchu do przodu i do tyłu pręta poziomego.
Kolejne wagi skrętne stały się bardziej wyrafinowane i precyzyjne w swoich pomiarach. Naukowcy zauważyli, że początkowe pchnięcie pręta poziomego w wadze powoduje, że wyjątkowo mały opór atomów metalicznych w cienkim drucie podtrzymującym pręt może powodować jego obrót w poziomie w przód i w tył z pewną prędkością. Zależność między naprężeniami skrętnymi w drucie metalowym po wystawieniu na działanie nieskończenie małych sił między ciałami sferycznymi nadal skutecznie mierzy nieznane w odwrotnych równaniach prawa kwadratowego.