Постоянная тяготения и масса земли - Сагитов М.У.
Скачать (прямая ссылка):
§ 18. Работа Пойнтинга по измерению постоянной тяготения
В 1878 г., почти одновременно с Йолли, знаменитый английский физик Д. Пойнтинг (1852—1914), бывший тогда профессором физики в Мазон-колледже в Бирмингеме, опубликовал свою работу [80], посвященную определению постоянной тяготения. В упомянутой работе он приводит анализ возможности применения вертикальных весов для определения постоянной тяготения.
До Пойнтинга и Йолли постоянная тяготения и средняя плотность Земли в лабораторных условиях определялись только с помощью крутильных весов. Пойнтинг, как и Йолли, определял возрастание веса массы, подвешенной на одном конце коромысла весов, под действием притяжения поднесенной снизу большой притягивающей массы. В своих первых опытах Пойнтинг использовал в качестве притягивающей массы свинцовый шар весом в 154 кг, который притягивал другой взвешиваемый свинцовый шар весом 453 г. Упомянутая работа Пойнтинга
РАБОТА ПОЙНТИНГА
99
[80] носила предварительный характер. Co всей тщательностью Пойнтинг начал работу по определению средней плотности Земли в 1890 г. Результаты, опубликованные им
Рис. 14. Схема вертикальных весов Пойнтинга.
1 — коромысло весов, 2 — притягиваемые массы, 3 — стержни, на которых подвешиваются притягиваемые массы, 4, S — притягивающие массы, в — несущая притягивающие массы балка, 7 — устройство для дистанционного арретирования весов, 8 — телескоп.
в статье [81] и позже перепечатанные в его монографии [82], были в 1893 г. удостоены приза Адамса Кембриджского университета.
Прибор Пойнтинга, с которым он проводил опыты, имел коромысло длиной 123,26 см (в первом опыте 40 ли) (рис. 14). В качестве притягиваемых масс Wi1 и пц служили два шара по 21,6^вг. Изготовлены они были, так же как и притягивающие массы, из сплава свинца с сурьмой, имевшего плотность 10,4 г/см3. Предварительно материал, из которого изготовлялись шары, был подвержен давлению под прессом для устранения внутри пустот и
100
ОПЫТЫ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ВЕСАМИ
[ГЛ. III
раковин. Притягивающих масс также шарообразной формы было две. Первая из них — M1 — помещалась непосредственно под одной из притягиваемых масс. Весила она 153,4 кг. Другая притягивающая масса -M2, весившая
76,5 кг, находилась по другую сторону весов, на расстоянии 122,8 см от центра весов, в стороне от притягиваемой массы. Горизонтальная составляющая притяжения массы M2, действующая на массу т2, уравновешивалась горизонтальной составляющей, вызываемой массой M1 (рис. 14). Обе притягивающие массы M1 и M2 могли одновременно поворачиваться вокруг одной вертикальной оси с помощью специального устройства. При повороте на 180° масса M1, располагавшаяся под массой Tn1, оказывалась под массой т2, а масса M2 переходила по другую сторону весов.
Разность притяжений взаимодействующих масс измерялась с помощью уравновешивающих масс, помещаемых на коромысло весов. Такими массами служили рейтеры из серебряной проволоки, данные о которых при весе порядка 10 мг были известны с точностью 4-0,00001 мг. Поскольку притягивающие массы действуют не только на подвешенные на коромысле массы, но и на само коромысло, подвесные стержни и т. д., то Пойнтинг использовал прием, исключающий притяжение последних. Для этого производились измерения притяжения масс тх и т2 на двух различных уровнях. Изменение притяжения вызывалось при этом только приближением или удалением притягиваемых масс To1 и т2 к притягивающим массам M1 и M2.
Для подвески масс тг и т2 на различных уровнях имелись латунные стержни, вес которых составлял 1 : 100 часть веса притягиваемой массы. Масса подвешивалась к одному из концов стержня, а сам стержень на концах имел ушки, за каждое из которых его можно было попеременно подвешивать к коромыслу, так что притягиваемая масса оказывалась то на верхнем, то на нижнем уровне, причем разность высот составляла 48 см. Поскольку стержни были симметричными, то их переворачивание не нарушало равновесия весов.
Пойнтинг применил оригинальный двойной подвес зеркала для регистрации наклонов коромысла весов. Этот принцип регистрации был использован позже Дарвином в
РАБОТА ПОЙНТИНГА
101
его экспериментах по наблюдению лунно-солнечных вариаций силы тяжести. Указатель коромысла весов имел перпендикулярно направленный к нему рычаг. Зеркало было подвешено на двух нитях, верхний конец одной из которых скреплялся с концом рычага указателя весов, а верхний конец другой — с микрометренным винтом, перемещающимся горизонтально. Микрометренный винт мог регулировать расстояние между верхними концами почти параллельных нитей, на которых было подвешено зеркало. Обычно расстояние между ними в опытах Пойнтинга было 3—4 мм. При наклоне коромысла весов указатель весов перемещал жестко связанный с ним рычаг, а последний — верхний конец одной нити подвеса зеркала в вертикальной плоскости, перпендикулярной к плоскости зеркала. Это немедленно приводило к повороту зеркала вокруг вертикальной оси. Угол поворота был тем больше, чем меньше становилось расстояние между нитями. Для регулировки чувствительности системы отсчета и служил микрометренный винт. Описанное устройство увеличивало угол поворота зеркала по сравнению с углом наклона коромысла весов в 150 раз, что позволило Пойнтингу регистрировать сотые доли секунды дуги.
