Vad är Torsionsbalansen?
En torsionsbalans är en anordning som uppfinns för att mäta mycket små krafter som gravitationskrafter mellan små massor eller magnetiska krafter mellan laddade sfärer. Torsionsbalansen består av en horisontell stång med en identisk sfär i vardera änden. Den horisontella stången roterar på en tråd som stöder den i mitten. Fasta, små sfärer med identiska massor, eller laddningar, placeras nära sfärerna vid ändarna av den roterande stången, vilket lockar dem och får tråden att vridas. Mängden vridning i tråden kan sedan matematiskt omvandlas till mängden kraft mellan de stationära sfärerna och de på rörlig stång.
När massorna av sfärerna i en torsionsbalans är kända, kan forskare beräkna en gravitationskonstant att infoga i Newtons invers kvadratiska gravitationslag. Från dessa resultat kan små krafter mellan sfärer med okänd massa härledas. Krafterna mellan stationära sfärer med okänd massa och de rörliga sfärerna med känd massa hittas genom att observera antalet gånger de horisontella stängerna svänger fram och tillbaka under en viss tid. Frekvensen för stångens fram och tillbaka rörelse är relaterad till vridspänningen i tråden, från vilken de okända krafterna kan beräknas.
1783 publicerade en fysiker, Charles-Augustin de Coulomb, sin upptäckt att den omvända kvadratlagen, som först föreslogs av Newton för att beskriva gravitationskrafter, kunde tillämpas på attraktiva eller avvisande magnetiska laddningar. I Coulombs lag krävde attraktiva eller avvisande krafter mellan föremål på grund av deras magnetiska egenskaper en konstant, Coulomb-kraften konstant. När laddningarna på torsionsbalansens rörliga och fasta sfärer är kända, kan konstanten beräknas. Därefter kan fasta sfärer med okända laddningar installeras och attraktiva eller avvisande krafter mellan dem och de rörliga sfärerna kan beräknas genom att mäta frekvensen för den horisontella stångens rörelse fram och tillbaka.
På varandra följande torsionsbalanser har blivit mer sofistikerade och exakta i sina mätningar. Forskare noterade att genom att ge den horisontella stången i balansen ett första tryck, kan det extremt lilla motståndet hos metallatomerna i den tunna tråden som stöder stången få den att rotera horisontellt fram och tillbaka i en viss takt. Förhållandet mellan vridspänningarna i metalltråden när de utsätts för de oändliga krafterna mellan sfäriska kroppar fortsätter att mäta de okända i omvänd kvadratlagsekvationer.