引力常量的测定
牛顿虽然发现了万有引力定律,却没能给出准确的引力常量.这是因为一般物体间的引力非常小,很难用实验的方法将它显示出来.
1789年,即在牛顿发现万有引力定律一百多年以后,英国物理学家卡文迪许(1731—1810),巧妙地利用扭秤装置,第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量.
卡文迪许扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T型架,倒挂在一根金属丝的下端.T形架水平部分的两端各装一个质量是m的小球,T形架的竖直部分装一面小平面镜M,它能把射来的光线反射到刻度尺上(图6-2),这样就能比较精确地测量金属丝的扭转.
实验时,把两个质量都是m′的大球放在图 6-2所示的位置,它们跟小球的距离相等.由于m受到m′的吸引,T形架受
到力矩作用而转动,使金属丝发生扭转,产生相反的扭转力矩,阻碍T形架转动.当这两个力矩平衡时,T形架停下来不动.这时金属丝扭转的角度可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移动的距离求出,再根据金属丝的扭转力矩跟扭转角度的关系,就可以算出这时的扭转力矩,进而求得 m与m′的引力 F.卡文迪许经过多次实验,证明牛顿的万有引力定律是正确的,并测出了引力常量.他的实验结果跟现代测量结果是很接近的.
想一想,怎样根据地球表面的重力加速度求得地球的质量? 引力常量的测出有着非常重要的意义.它不仅用实验证明了万有引力的存在,更使得万有引力定律有了真正的实用价值.例如,可以用测定地球表面物体重力加速度的方法,测定地球的质量.也正是由于这一应用,卡文迪许被人们称为“能称出地球质量的人”.
由于引力常量很小,我们日常接触的物体的质量又不是很大,所以我们很难觉察到它们之间的引力.例如两个质量各为50kg的人,相距1m时,他们相互的引力只相当于几百粒尘埃的重量.但是如果物体的质量很大,这个引力就非常可观了.例如地球对地面上物体的引力就很显著.太阳和地球之间的吸引力就更大,大约等于3.56×10N.这样大的力如果作用在直径是9000km的钢柱上,可以把它拉断!正是由于太阳对地球有这样大的引力,地球才得以围绕太阳转动而不离去
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