Постоянная тяготения и масса земли - Сагитов М.У.
Скачать (прямая ссылка):
Подводя итог работам Этвеша, следует подчеркнуть многочисленность его новых идей постановки различных опытов по исследованию тяготения.
§ 13. Измерения постоянной тяготения Брауном
В 1897 г. была опубликована работа К. Брауна (1831 — 1907) с новыми результатами определения постоянной тяготения и средней плотности Земли [35].
Крутильная система Брауна состояла из латунной нити длиной около 1 л* и диаметром 55 мк, на которой подвешивалось коромысло. На его концах, на расстоянии 12,3 см от оси нити укреплялись латунные позолоченные шары. Вес каждого из них был равен 54 г. Период собственных колебаний крутильной системы был около 1200® (при продольном и поперечном положении притягивающих масс периоды отличались на 46*). В качестве притягивающих масс использовались железные шарообразные сосуды с толщиной стенок около 5 мм, наполненные девятью килограммами ртути каждый. Этим достигалась однородность притягивающих масс. Однако из-за отклонения полости сосуда от точной сферы, а также ввиду СЛОНЩОСТИ измерения толщины стенок трудно было
70
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ
[ГЛ. II
определить положение центра тяжести притягивающей массы. Кроме того, дополнительную неопределенность вносил и мениск на поверхности ртути, горловина сосуда, крючки для подвеса и т. д. Колбы со ртутью подвешивались на двух нитях, расстояние между которыми было около 40 см. Подвесы позволяли юстировать положение колб в желаемом направлении.
Крутильная система помещалась под стеклянным колпаком, устанавливаемом на стеклянном основании, изготовленном из оптического стекла. Для регистрации положения крутильной системы луч света направлялся черзі стеклянное основание па зеркало коромысла и, отразившись от него, возвращался обратно к наблюдателю. Система регистрации отклонения крутильной системы в приборе Брауна ничем не отличалась от аналогичных устройств в предшествовавших экспериментах.
Основное влияние на точность результатов оказывало изменение упругой постоянной нити. Трудность учета этого обстоятельства состояла в том, что нельзя было отделить влияние сил притяжения на период колебаний крутильной системы от влияния упругих сил закрученной пити. Величина упругой постоянной нити сильно зависит от изменений температуры. Браун принял меры к поддержанию постоянного температурного режима в помещении, где ставились опыты. Прибор покрывался деревянным кожухом, помещение держалось закрытым. Ho все же температурный режим в опытах Брауна был несовершенным, поэтому следовало ожидать погрешностей, обусловленных температурными изменениями упругих свойств нити.
В отличие от своих предшественников, Браун помещал крутильную систему прибора в среду с разреженным воздухом. Первоначально он начал опыты при нормальном давлении, а с 1890 г. — при давлении 90 мм рт. ст. Меньшее давление не применялось из-за опасности раздавить стеклянное основание прибора. После двух лет опытов он рискнул понизить давление. Ho имевшийся вакуумный насос позволил ему достичь разрежения только в 17 мм рт. ст. Лишь еще два года спустя он, используя ртутный вакуумный насос, довел давление до 4 мм рт. ст. Окончательное значение постоянной тяготения Браун
ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ТЯГОТЕНИЯ БРАУНОМ
71
ныв ел по результатам наблюдений, проведенных им как при давлении воздуха в 17 мм, так и нри 4 мм рт. ст. Применение вакуума усложнило систему управления прибором. Поворот крутильной системы под стеклянным колпаком осуществлялся с помощью магнитной головки, с которой была связана нить. Поворот магнитной головки, а с ее помощью и всей крутильной системы осуществлялся подводимым извне магнитом.
Браун использовал наряду со статическим методом определения постоянной тяготения и динамический метод крутильных колебаний. В опыте учитывалось притяжение не только шаров на концах коромысла, но и самого коромысла. Эффект притяжения коромысла составлял около 2% от величины притяжения, действующего на шары. Максимальное притяжение между массами шаров на коромысле и колбами со ртутью в приборе Брауна было тогда, когда линия, соединяющая центры колб, находилась под углом 21° к продольной оси коромысла.
При обработке результатов наблюдений учитывались поправки, достигающие 0,02% от полной величины притяжения. Основная поправка в статическом методе была обусловлена упругими последействиями нити, которые особенно сильно проявлялись при больших периодах собственных колебаний крутильной системы. Автор провел предварительные исследования этого эффекта при больших отклонениях крутильной системы от положения равновесия для куска той же проволоки, из которой была изготовлена нить в приборе. Для создания необходимых больших моментов сил, действующих на крутильную систему, Браун использовал вместо притягиваемых масс магнит. Путем вращения верхнего закрепленного конца нити крутильная система выводилась из плоскости магнитного меридиана, что приводило к возникновению свободных колебаний. Из этих опытов определялась поправка, учитывающая упругие последействия нити. В полученные результаты вводились также поправки за несовпадение центра тяжести крутильной системы с осью нити, за температурные изменения размеров взаимодействующих масс и расстояний между ними, за небольшие отличия масс от шарообразности, а также некоторые другие поправки, вызванные несовер-
