Постоянная тяготения и масса земли - Сагитов М.У.
Скачать (прямая ссылка):
Длина коромысла в рабочем приборе Бойса была равна 2,3 см. Притягивающие массы представляли собой свинцовые шары, расстояние между центрами которых составило 10—15 см. Массы коромысла, изготовленные из золота, в разных опытах имели вес: 1,3 г, 2,65 г, 3,98 г. В одном из опытов вместо шаров применялись золотые цилиндры.
Если помещать все массы в одной горизонтальной плоскости, то близость больших масс к двум малым, разделенным незначительным расстоянием (2,3 &и), уменьшает пару сил притяжения. Чтобы пара сил притяжения была больше, Бойс поместил притягиваемые массы попарно на различных уровнях, находящихся на расстоянии 15 см друг от друга (рис. 5). Бойс исследовал влияние наивыгоднейшего положения притягивающих масс на отклонение крутильной системы, для чего притягивающие массы поворачивались через каждые 60° вокруг оси нити. Наиболее выгодным оказалось такое положение, когда соединяющая центры притягивающих масс линия и ось коромысла составляют острый угол.
Для исключения влияния конвективных потоков воздуха, помимо миниатюризации прибора, Бойс предусматривал различные экраны. Крутильная система помещалась в массивный латунный цилиндр, установленный на массивном латунном основании. Второй цилиндр закрывал первый вместе с притягивающими массами. Бойс
60
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ
[ГЛ. II
не создавал вакуума в приборе. Он пытался провести измерения, заполняя цилиндр с крутильной системой водородом. Однако результаты опытов с водородной средой
оказались неудовлетворительными.
Для измерения линейных размеров деталей прибора и расстояний между ними использовался катетометр и винтовой микрометр. Измерение расстояний и времени, а также взвешивание Бойс производил с расчетом получить их относительную точность порядка 10“4 — 5-Ю-5. Такую же точность рассчитывал он получить в определении постоянной тяготения. Однако результат его оказался более чем на порядок грубее. Из всех значений постоянной тяготения, определенных при различных условиях, автор отдает предпочтение только некоторым, и выводит среднее весовое значение постоянной тяготения / = 6,658 -IO-11 м3!кг-сек2 и средней плотности Земли сг©=5,527 г/см3. Полученные им девять значений постоянной тяготения различаются между собой на две единицы третьего
знака. Мы приводим здесь значения / и а®, полученные Бойсом, округлив пятую значащую цифру, которая нереальна.
В заключение следует указать, что большая миниатюризация прибора неизбежно затруднила высокую точ-
Рис. 5. Поперечный разрез прибора Бойса.
1 — кварцевая нить крутильной системы,
2 — торсионная головка, 3 — коромысло, 4 — притягиваемые массы, л — притягивающие массы, в — зеркало крутильной
системы.
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭТВЕША
61
ность относительных измерений расстояний и масс, а также усилила влияние неоднородности притягивающих масс. Кроме того, благодаря внутреннему трению в нити более короткая нить будет иметь большое затухание, что затрудняет точное определение периода колебаний системы. Таким образом, слишком большая миниатюризация аппаратуры при определениях постоянной тяготения вряд ли целесообразна.
§12. Экспериментальные и теоретические исследования Этвеша по определению постоянной тяготения
В конце прошлого столетия различные опыты по исследованию гравитации провел выдающийся венгерский физик Р. Этвеш (1848—1919). Он был профессором Будапештского университета, ныне носящего его имя. Этвеш разработал ряд приборов для изучения гравитационного поля Земли.
Первоначально, в 1888 г., Этвеш изготовил прибор, по виду очень похожий на квадрант-электрометр, используемый для демонстрации эффектов притяжения. Крутильная система прибора для улучшения температурных условий помещалась в металлический кожух. Под крутильной системой располагался металлический цилиндр, ось которого совпадала с осью нити. Внутренность цилиндра разделялась перегородками на четыре квадранта, два из которых располагались вдоль оси коромысла, два других — поперек. Попарно противоположные квадранты могли заполняться ртутью, притягивающей массы крутильной системы. Однако трудности расчета эффекта притяжения масс в форме квадрантов цилиндра заставили вскоре Этвеша использовать в качестве притягивающих масс свинцовые шары и бруски, вес которых порой достигал 100 кг. Так же как и квадранты цилиндра со ртутью, свинцовые шары и бруски располагались под крутильной системой. При периоде колебаний крутильной системы порядка IOm короМысло отклонялось под действием притяжения на 2—3°. Для регистрации этих отклонений использовался как фотографический, так и визуальный способы наблюдений.
42
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ
[ГЛ. II
Этвеш разработал [50], как он называет, «совершенно новый метод» для изучения эффектов притяжения. Он предложил изучать гравитационное поле по изменению силы притяжения, которое определяется по изменении)
периода собственных колебаний коромысла с грузами в гравитационном поле известных масс. Иными словами, Этвеш применил для решения ряда задач по тяготению дифференциальные измерения. Крутильная система нового прибора ничем особенно не примечательна. Зато весьма оригинальным было расположение притягивающих масс, которое позволило Этвешу добиться увеличения чувствительности крутильных весов. Эта же идея была им использована в дальнейшем для создания «гравитационного компенсатора», о чем подробно будет сказано ниже.
