卡文迪许扭秤实验的全过程

关于测定万有引力的方法和具体过程
要怎么测定的答案!
在测出扭转角度后怎么测出万有引力的大小的呢

万有引力常量约为G=6.67x10-11 N·m2 /kg2

其中m为行星质量,R为行星轨道半径,即太阳与行星的距离。也就是说,太阳对行星的引力正比于行星的质量而反比于太阳与行星的距离的平方。

而此时牛顿已经得到他的第三定律,即作用力等于反作用力,用在这里,就是行星对太阳也有引力。同时,太阳也不是一个特殊物体,它和行星之间的引力也应与太阳的质量M成正比,即:

用语言表述,就是:太阳与行星之间的引力,与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。这就是牛顿的万有引力定律。如果改

其中G为一个常数,叫做引力常量。
应该说明的是,牛顿得出这个规律,是在与胡克等人的探讨中得到的。

牛顿发现了万有引力定律,但引力常量G这个数值是多少,连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量,测出两个物体间的距离,再测出物体间的引力,代入万有引力定律,就可以测出这个常量。但因为一般物体的质量太小了,它们间的引力无法测出,而天体的质量太大了,又无法测出质量。所以,万有引力定律发现了100多年,万有引力常量仍没有一个准确的结果,这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后,英国人卡文迪许利用扭秤,才巧妙地测出了这个常量。

这是一个卡文迪许扭秤的模型扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架,把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力,石英丝就会扭转一个角度。力越大,扭转的角度也越大。反过来,如果测出T形架转过的角度,也就可以测出T形架两端所受力的大小。现在在T形架的两端各固定一个小球,再在每个小球的附近各放一个大球,大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律,大球会对小球产生引力,T形架会随之扭转,只要测出其扭转的角度,就可以测出引力的大小。当然由于引力很小,这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢?卡文迪许在T形架上装了一面小镜子,用一束光射向镜子,经镜子反射后的光射向远处的刻度尺,当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时,刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样,就起到一个化小为大的效果,通过测定光斑的移动,测定了T形架在放置大球前后扭转的角度,从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律,并测定出引力常量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。

卡文迪许测定的G值为6.754×10-11,现在公认的G值为6.67×10-11。需要注意的是,这个引力常量是有单位的:它的单位应该是乘以两个质量的单位千克,再除以距离的单位m的平方后,得到力的单位牛顿,故应为N·m2/kg2。

G=6.67×10-11N·m2/kg2

由于引力常量的数值非常小,所以一般质量的物体之间的万有引力是很小的,我们可以估算一下,两个质量50kg的同学相距0.5m时之间的万有引力大约6.67×10-7N,这么小的力我们是根本感觉不到的。只有质量很大的物体对一般物体的引力我们才能感觉到,如地球对我们的引力大致就是我们的重力,月球对海洋的引力导致了潮汐现象。而天体之间的引力由于星球的质量很大,又是非常惊人的:如太阳对地球的引力达3.56×1022N。

参考资料:http://baike.baidu.com/view/1108890.html

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第1个回答  2008-04-08
一金属绳下栓一横杆杆两端系两球,左球前方放一大铁球,右球后方放一大铁球,当然质量距离一定且已知,在金属绳上绑一小反光镜,照射激光,激光反射在墙壁上移动刻度可知绳的扭转程度,算至绳间扭力,即两球万有引力之和。(真空条件)
第2个回答  2020-02-26
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
第3个回答  2008-04-07
高中物理书上就有
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