Что такое торсионный баланс?

Торсионный баланс - это устройство, изобретенное для измерения очень малых сил, таких как гравитационные силы между малыми массами или магнитные силы между заряженными сферами. Торсионный баланс состоит из горизонтального стержня с одинаковой сферой на обоих концах. Горизонтальный стержень вращается на проводе, который поддерживает его в центре. Неподвижные маленькие сферы одинаковых масс или зарядов располагаются близко к сферам на концах вращающегося стержня, притягивая их и вызывая скручивание проволоки. Величину скручивания в проволоке можно затем математически преобразовать в величину силы между неподвижными сферами и движущимися стержнями.

Когда массы сфер в торсионном балансе известны, ученые могут вычислить гравитационную постоянную для вставки в закон тяготения обратного квадрата Ньютона. Из этих результатов могут быть получены небольшие силы между сферами неизвестной массы. Силы между неподвижными сферами неизвестной массы и движущимися сферами известной массы определяются путем наблюдения того, сколько раз горизонтальный стержень качается взад и вперед в течение определенного промежутка времени. Частота движения стержня вперед-назад связана с напряжением кручения в проволоке, из которого можно рассчитать неизвестные силы.

В 1783 году физик Шарль-Августин де Кулон опубликовал свое открытие о том, что закон обратных квадратов, впервые предложенный Ньютоном для описания гравитационных сил, может применяться к притягивающим или отталкивающим магнитным зарядам. В законе Кулона силы притяжения или отталкивания между объектами из-за их магнитных характеристик требуют постоянной, постоянной силы Кулона. Когда заряды на движущихся и неподвижных сферах торсионного баланса известны, тогда можно вычислить постоянную. Впоследствии могут быть установлены фиксированные сферы с неизвестными зарядами, и силы притяжения или отталкивания между ними и движущимися сферами могут быть рассчитаны путем измерения частоты движения вперед-назад горизонтального стержня.

Последовательные торсионные весы стали более сложными и точными в своих измерениях. Ученые отметили, что при первоначальном толкании горизонтального стержня в весе чрезвычайно малое сопротивление металлических атомов в тонкой проволоке, поддерживающей стержень, может привести к его горизонтальному вращению назад и вперед с определенной скоростью. Связь между крутильными напряжениями в металлической проволоке при воздействии бесконечно малых сил между сферическими телами продолжает успешно измерять неизвестные в уравнениях с обратным квадратом.