測定
應該強調的是,在牛頓得出行星對太陽的引力關系時,已經滲入了假定因素。卡文迪許(Henry Cavendish)在對一些物體間的引力進行測量并算出引力常量G後,又測量了多種物體間的引力,所得結果與利用引力常量G按萬有引力定律計算所得的結果相同。所以,引力常量的普适性成為萬有引力定律正确的見證。
這是一個卡文迪許扭秤的模型。這個扭秤的主要部分是這樣一個T字形輕而結實的框架,把這個T形架倒挂在一根石英絲下。若在T形架的兩端施加兩個大小相等、方向相反的力,石英絲就會扭轉一個角度。力越大,扭轉的角度也越大。反過來,如果測出T形架轉過的角度,也就可以測出T形架兩端所受力的大小。
先在T形架的兩端各固定一個小球,再在每個小球的附近各放一個大球,大小兩個球間的距離是可以較容易測定的。根據萬有引力定律,大球會對小球産生引力,T形架會随之扭轉,隻要測出其扭轉的角度,就可以測出引力的大小。當然由于引力很小,這個扭轉的角度會很小。怎樣才能把這個角度測出來呢?
卡文迪許在T形架上裝了一面小鏡子,用一束光射向鏡子,經鏡子反射後的光射向遠處的刻度尺,當鏡子與T形架一起發生一個很小的轉動時,刻度尺上的光斑會發生較大的移動。這樣,就起到一個化小為大的效果,通過測定光斑的移動,測定了T形架在放置大球前後扭轉的角度,從而測定了此時大球對小球的引力。卡文迪許用此扭秤驗證了牛頓萬有引力定律,并測定出引力常量G的數值。這個數值與近代用更加科學的方法測定的數值是非常接近的。
相關拓展
利用虛拟現實(VR)技術進行卡文迪許萬有引力常量測量,其實驗教學可圍繞裝置環境、實驗原理、細節與實驗探究,測量現狀與展望進行讨論,對卡文迪許萬有引力常量實驗進行虛拟現實程序的開發和複現是保障教學有效開展的關鍵,能夠幫助學生建立經典實驗和科學前沿之間的關聯,鼓勵學生未來投身科學研究事業。 n



















