Постоянная тяготения и масса земли - Сагитов М.У.
Скачать (прямая ссылка):
2
84
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ
(ГЛ. II
В отличие от предыдущих экспериментаторов, авторы применили фотографический метод регистрации колебания маятников, который обладает большей документальностью и позволяет производить последующую переоб-работку материалов наблюдений. Кроме того, фотографическая запись колебаний необходима для определения
1
Рис. 12. Схема фотографической регистрации в приборе Хейла и Хржановского.
1 — источник света, 2 — конденсоры, з — синхронный мотор, 4 — вращающийся диск с прорезями, 5 — вертикальная щель, б — длиннофокусный объектив, 7 — зеркало коромысла весов, 8— фотопластинка, в — неоновая лампа.
амплитуды колебания и редукции периода колебаний к бесконечно малой амплитуде. Фоторегистрация в комбинации с дистанционным управлением позволяет избежать влияния наблюдателя на работу прибора. В качестве отметок времени в регистрирующей аппаратуре использовались световые вспышки, следующие через каждые 5 сек. Они получались вращением диска с радиальными разрезами, следующими через каждые 30°; для минутных отметок один разрез был пропущен. Диск вращался со скоростью 1 оборот в минуту с помощью синхронного мотора, питаемого током со стандартной частотой в 50 гц. Эта частота получалась от кварцевых часов радиолаборатории Национального Бюро стандартов путем ее многократного деления. Стандартная частота держалась с относительной точностью порядка IO-7.
Оптическая система прибора имела следующее устройство (рис. 12). Свет от 200-ваттной проекционной лампы фокусировался на узкой щели вблизи вращающегося диска. Щель находилась в фокусе объектива, так что пройдя объектив, свет падал параллельным пучком на зеркало, укрепленное на коромысле крутильной сис-
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХЕЙЛА И ХРЖАНОВСКОГО
85
темы. Отразившись от зеркала, свет фокусировался объективом на фотопластинку, которая двигалась вместе с кассетой. Расстояние от зеркала коромысла до фотопластинки составило 490 см, так что отклонение коромысла на I0 соответствовало смещению светового блика на 17 см. В более поздних опытах 1942 г. оптическая система была улучшена и изображения щели на фотопластинке получались более четкими. Для фоторегистрации использовались фотопластинки размером 4x5 дюймов с панхроматической эмульсией. На одной пластинке записывалось 80 прохождений. Ограниченность размеров фотопластинок была вызвана тем, что авторы располагали измерительным микроскопом для измерения длины не более 10 CM.
Вся аппаратура была установлена в павильоне, специально выстроенном для этих работ в лесной части парка Бюро стандартов. Стены павильона были изготовлены из листовой стали с тепловой изоляцией. Внутри павильона применялось принудительное термостатирование с электрическим обогревом. Внутреннее помещение павильона разделялось на две комнаты. В одной из них устанавливался прибор для определения постоянной тяготения, а в другой — фоторегистрирующая аппаратура.
Теория прибора для определения постоянной тяготения в опытах Хейла и Хржановского мало чем отличалась от теории, использовавшейся первым из них в предыдущей работе [56].
Таблица 7
Вольфрамовая нить Значения постоянной тяготения, IO-11 мя1ь'гсек3 Среднее значение / и средняя квадратическая ошибка, IO-11 M3KSCeK11
Неотожжевная Ото;кженная 6,6739 6,6670 6,6756 6,6667 6,6769 6,6703 6,6762 6,6707 6,6751 P,6680 6,6755 -4- 0,0003 6,6635 ±0,0016
В итоге Хейл и Хржановский получили значения постоянной тяготения, приводимые в табл. 7. Как видно, результат с неотожженной крутильной нитью имеет вдвое лучшую внутреннюю сходимость, чем в случае отожжен-
8f>
КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ
[ГЛ. II
ной нити. Придавая различные веса полученным значениям , авторы выводят следующее значение постоянной тяготения / -(6,673 + 0,003)-10'11 м3/кг-секг. Различие значений постоянной тяготения, соответствующих отожженной и неотожженной нитям, осталось необъяс-ненным. Это различие выходило за пределы средних квадратических ошибок определений значений постоянной тяготения для каждой из нитей. Ho сравнению с предыдущей работой, в этом исследовании ценой больших дополнительных усилий авторы добились лишь незначительного увеличения точности результата. В итоге Хейл и Хржановский пришли к заключению, что в работе 1942 г. ими достигнут предел возможностей определения ПОСТОЯННОЙ тяготения с помощью крутильных весов.
§ 16. Анализ результатов всех определений постоянной тяготения с помощью крутильных весов
Подведем некоторые итоги результатов определений постоянной тяготения / и средней плотности Земли а© с помощью вертикальных крутильных весов. Ho прежде чем приступить к анализу числовых значений названных постоянных, остановимся на сравнительной характеристике применявшихся методик и приборов. В табл. 8 приведена сводка некоторых основных характеристик вертикальных крутильных весов, описанных в настоящей главе. Обратим внимание на некоторые обстоятельства.
Начатая работами Корню и Бейля и затем продолженная Бойсом тенденция создания миниатюрной аппаратуры для определения постоянных / и а® не получила своего развития. Аппаратура последнего времени имела коромысла крутильной системы длиной в несколько десятков сантиметров, притягиваемые массы весом в сотни граммов, а притягивающие — в несколько десятков килограммов. Относительная точность измерений длин и масс порядка IO"5 — 10"® может быть достаточно просто обеспечена именно при таких параметрах прибора.Температурная однородность такого объема также легко осуществима.
