卡文迪许扭秤实验1，为什么金属球会停下来

Question

如题所述

Answer 1

在物理学发展的前期，人们对微弱作用的测量感到困难，因为这些微弱的作用人们通常都感觉不到。后来，物理学家们想到了悬丝，要把一根丝拉断需要较大的力，而要使一根悬丝扭转，有一个很小的力就可以做到了。根据这个设想，法国物理学家库仑和英国的科学怪杰卡文迪许于1785年和1789年分别独立地发明了扭秤。扭秤实验可以测量微弱的作用，关键在于它把微弱的作用效果经过了两次放大：一方面微小的力通过较长的力臂可以产生较大的力矩，使悬丝产生一定角度的扭转；另一方面在悬丝上固定一平面镜，它可以把入射光线反射到距离平面镜较远的刻度尺上，从反射光线射到刻度尺上的光点的移动，就可以把悬丝的微小扭转显现出来。扭秤的基本原理是在一根刚性杆的两端连结相距一定高度的两个相同质量的重物，通过秤杆的中心用一扭丝悬挂起来。秤杆可以绕扭丝自由转动，当重力场不均匀时，两个质量所受的重力不平行。这个方向上的微小差别在两个质量上引起小的水平分力，并产生一个力矩使悬挂系统绕扭丝转动，直到与扭丝的扭矩平衡为止。扭丝上的小镜将光线反射到记录相板上。当扭丝转动时，光线在相板上移动的距离标志着扭转角的大小。平衡位置与扭秤常数和重力位二次导数有关。在一个测点上至少观测3个方位，确定4个二次导数值，测量精度一般达几厄缶。

根据扭力系统的构造形状，分为z型、L型和斜臂式扭秤。z型扭秤由一个轻金属制成的z型秤臂、两个质量相等的重荷和一根细金属丝组成的。两个重荷分别固定在z型秤臂的两端。细金属丝将整个系统悬挂起来，组成一套扭力系统。由于两个重荷处于不同的位置，所以，当通过两个重荷的重力等位面Q1和Q2。互不平行或弯曲时，两个重荷将受到重力场水平分量的作用。当重力场水平分量gH1和gH2的大小和方向不同时，秆臂就要绕着扭丝转动，直到水平旋转的重力矩和扭丝的扭力矩相平衡为止。秤臂偏转的角度除和扭力系统的构造和扭丝的扭力系数有关外，还和两个重荷间的重力变化有关。因此，准确记录扭力系统的偏角，就可以求出重力位的二次导数。由于扭力系统的灵敏度很高，秤臂稳定下来的时间较长。同时还需要在3一5个方向上照相记录，所以，仪器附有自动控制系统，并安放在特制的小房里工作。仪器的操作和测量结果的计算都比较烦琐，每测—个点需要2——3小时，工件效率较低。

Answer 2

英国科学家亨利•卡文迪许的扭秤实验测的不是万有引力其实是磁力
万有引力定律是艾萨克•牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。牛顿的普适的万有引力定律表示如下：任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。
扭秤实验：18世纪末,英国科学家亨利•卡文迪许决定要找出这个引力。他将小铅球系在长为6英尺（1英尺等于0.305米）木棒的两边并用金属线悬吊起来。这个木棒就像哑铃一样.再将两个350磅（1磅等于0.4536千克）的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，并扭转金属线，然后用自制的仪器测量出微小的转动，测量结果惊人地准确。他测出的万有引力和用质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比算出的力总是相差6.67259x10^-11倍。他测出了万有引力恒量的参数，万有引力常量约为G=6.67259x10^-11 (N•m^2 /kg^2)，通常取G=6.67×10^-11。
亨利•卡文迪许的扭秤实验测的不是万有引力其实是磁力的证据：
1、亨利•卡文迪许的扭秤实验为什么用的是两个350磅（1磅等于0.4536千克）的铅球呢？亨利•卡文迪许认为，铅球没有磁力，所以测的是万有引力而不是磁力。
地球膨裂说认为，用铅球测得的力真的是万有引力吗？答案是否定的。现代科学证明：任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用{1}。科学家们现已测出，星际空间磁感应强度为10^-10（T）、原子核表面约10^12（T）、中子星表面 约10^8（T）、人体表面 3*10^(-10) （T）{1} 。连磁感应强度人体表面都 3*10^(-10) （T），这说明铅球也必然具有磁力。因此，英国科学家亨利•卡文迪许用铅球作的扭秤实验测的不是万有引力其实是磁力。
2、地球膨裂说认为，既然万有引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，为什么还有一个万有引力常量G=6.67×10^-11呢？关于这个问题亨利•卡文迪许没有说清楚。地球膨裂说认为，不但万有引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，还和被测物体的磁感应强度成正比。我们从人体表面的磁感应强度 3×10^-10 （T）、万有引力常量G=6.67×10^-11可以看出，万有引力常量G=6.67×10^-11其实就是铅球的磁感应强度。我们从万有引力常量其实就是铅球的磁感应强度可以看出，万有引力就是磁力，英国科学家亨利•卡文迪许的扭秤实验测的不是万有引力而是磁力。
3、牛顿认为，引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比。地球膨裂说认为，引力大小与它们质量的乘积成正比这可以理解，引力大小与它们的距离成反比也可以理解，可为什么引力大小与它们距离的平方成反比呢？牛顿没说。
我们知道磁感应强度与球表面积成反比，也就是球表面积越大磁感应强度越小。既然万有引力常量就是铅球的磁感应强度，磁感应强度与球表面积成反比，万有引力就应该和球表面积成反比，不应该和它们的距离平方成反比。球表面积公式为4πr^2。所以万有引力公式F=G•m1•m2/r^2应改为F=G•m1•m2/4πr^2=G•m1•m2/12r^2。因为G=6.67×10^-11，所以F=6.67×10^-11m1•m2/12r^2，约分后F=0.55×10^-11•m1•m2/r^2 。因此，牛顿万有引力公式6.67×10^-11•m1•m2/r^2应修改为0.55×10^-11•m1•m2/r^2 。当然这个公式是铅球和小球间的引力公式，电子内部的引力公式中的常量应为10^12（T）（原子核表面磁感应强度 约10^12）{2}。这也就是说万有引力公式中的常量G应用磁感应强度符号B代替，r^2应用球表面积公式4πr^2代替。这样万有引力公式F=G•m1•m2/r^2就应改为F=B•m1•m2/4πr^2。这样就很好的解释了万有引力为什么和距离的平方成反比的疑问，而且会更正确、更合理。不仅万有引力和球表面积公式成反比，库论定律也应和球表面积成反比。
我们从万有引力和球表面积成反比可以看出，万有引力就是磁力，英国科学家亨利•卡文迪许的扭秤实验测的不是万有引力而是磁力。
虽然牛顿和亨利•卡文迪许发生把磁力说成是万有引力这样的错误，我们也不要求全责备。因为当时人们还没有认识到“任何物质都具有磁性”，科学仪器还不能观测出球铅的磁感应强度6.67×10^-11（T），所以这是历史的局限性造成的。科学就是不断发现，不断纠错，不断完善，不断发展的过程。
参考文献：
{1}、百度搜索：百度百科：磁性，磁性概述，因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。
{2}、百度搜索：磁感应强度，4量纲，(单位:T)，原子核表面 约10^12；中子星表面 约10^8；星际空间 10^(-10)；人体表面 3*10^(-10)。
作者：赖柏林