【官方雙語】鐵球之間的萬有引力能用肉眼看到嗎？卡文迪許扭秤實驗

在地球上是否有可能目睹兩個物體在重力作用下相互靠近的現象？ 在你發表評論之前，是的，顯而易見，在地球上很容易觀察到兩個物體在引力作用下相互靠近的現象。 地球的重力。但如果只是兩個物體在太空中呢？ 房間？原來是可行的。這是我長久以來一直想做的事，而我終於做到了。 必須去做，這實驗太驚人了。這個實驗最早是由亨利·卡文迪許於1797年進行的。 我想看看是否能夠重現他的設定與目標，其中之一便是要證明兩個物體在一個 房間可以以肉眼可見的方式被重力拉合在一起。如果它繼續下去 好吧，也許第二個目標可以是計算萬有引力常數 G。 在卡文迪什的裝置中，一根由細線懸掛的橫桿兩端各附著一個重物。 線材。這會形成一個扭轉擺或扭力擺。這是因為線材會抵抗被扭轉。 扭曲的。因此，以這種方式懸掛的質量會来回扭動。卡文迪許會讓它這樣…… 固定後，再在這些懸掛的質量附近引入兩個靜止的質量。其用意在於 重力會將懸掛的質量拉向靜止的質量。如果你 知道導線的剛度後，你就可以計算出兩物體之間的重力作用力。 擺動幅度偏離其平衡位置的程度，以及重力對其施加的推力大小 扭力擺的力。更棒的是，一旦你掌握了這個力，就可以進行重新排列 這個著名的重力公式用於計算萬有引力常數。 宇宙，大G。我原本以為卡文迪許的實驗對我來說根本無法重現。 我的工作室。這看起來實在太麻煩了。後來我看了Mr. Lund Science頻道上的這段影片。 而且你看，在延时摄影中，效果非常明顯。所以我買了一些非常重的球。 固定的質量體為鑄鐵製，每個約重14公斤。您至少需要 在一個相互吸引的質點組合中，其中一個質點為非鐵磁性質，無論是靜止的質點或另一個質點。 懸浮的質量。因為你不希望大眾彼此之間因任何事物而相互吸引。 除了重力之外。如果兩個球都是鐵磁性的，那你還得擔心 磁力。即使一點點磁力也會完全壓倒那微乎其微的力。 在它們之間。因此，對於懸掛的質量，我選用了銅，每個約五公斤。 這裡是一段懸掛物質逐漸穩定並找到平衡狀態的延時影像。 讓它振盪。然後看看我再加入14公斤質量時會發生什麼情況。 什麼都沒有。什麼？為什麼沒有？倫德先生的設備已經正常運作了。我的設定有什麼問題？也許是我…… 做些不同的事情，卻不知怎的破壞了整體效果。我第一個想到的是 也許是我的電線太硬了。你可以從電線變形的速度感受到它的硬度。 擺槌來回振盪。較為堅硬的擺槌振盪得更快，正如同 一個更硬的彈簧會更快彈回。但實際上，如果你觀察它需要多長時間才能完成這個過程，就會發現…… 我們的兩個擺鐘完成一次振盪的時間大致相同。這告訴我，如果 Mr. 倫德的導絲並不太硬，我的也一樣。另一個差異在於，能靠多近。 據我估計，當隆德先生的質量體相互接觸時，它們的質心之間的距離約為47 相距毫米。它們位於一米尺的兩端，這使得計算變得簡單。 一張截圖要容易得多。而我兩個質心之間的距離約為兩倍。 這樣。你大概也知道，重力的大小與距離的平方成反比。 這確實會產生影響。但即使 Lund 先生的質量之間相距很遠，也是如此。 其他情況下，你會看到效果。看，這團物質本應往那個方向移動，卻只是停住了。 死了，轉過身朝著前方的石塊走去。然後我心想，等等，稍等一下。我們 確實知道大G的價值。因此，根據實驗的參數，我們應該能夠 粗略計算一下，我們預期那個擺會朝向那些靜止的質量轉動多少。 換句話說，我們應該能夠判斷重力的力道在多大程度上能夠 克服導線的僵硬性。並且為了明確說明，由於擺桿始終在振盪， 我們真正討論的是那個振盪的平衡位置移動了多少。 當靜止質量被引入時。而非進入方程式的推導過程。 我會留下一個連結，裡面有一段影片，非常清楚地演示了這一點。所以這是大G的方程式，你 可從卡文迪許實驗中獲得，其中 L 為懸掛物之間桿的長度 質量。R 是兩個質量在偏轉位置時質心之間的距離。 M 是靜止質量的質量。θ 是一個角度，表示擺動時擺動的幅度。 引入靜止質量。T 為擺動一次所需時間。 那代表了導線的剛性。附註，你會注意到質量 銅球並不會影響到這個問題。事實上，這正是我們應該預期的情況。 就像物體墜向地球的加速度速率與其本身性質無關一樣 物體的質量。它始終為每秒平方9.8公尺。其一個結果是 我可以使用更輕的懸掛質量，這樣我就能使用更細的 沒有斷裂，否則會讓實驗變得更為敏感。但不管怎樣，因為 我們知道大 G，可以重新整理這個方程式來找出 θ 應該是多少。當你代入時 在我的實驗中，我們預期偏轉僅約 0.1 度。事實上， 你預期勞德先生實驗的金額也大致相同。一開始這讓人感到困惑。 然後令人沮喪。令人困惑的是，嗯，看吧，這就是0.1度的樣子。你幾乎看不出來 用肉眼當然可以看出那裡有一個角度。你肯定很難看出來。 像我這裡實驗設定中所做的那樣進行更改。儘管懸掛的質量在 倫德先生的實驗從未真正達到它們的新平衡位置，因為它們發生了碰撞。 首先，靜止質量的情況下，偏轉仍明顯大udev 0.1度。 這段影片中是否還有其他因素，正在吸引眾人彼此靠近？ 靜止的質量是由鉛製成的，因此不可能是磁力，因為鉛不是鐵磁性物質。 會不會是電荷之間相互吸引呢？嗯，我粗略計算了一下，看起來 彷彿你能夠從電荷獲得大於重力的吸引力一樣 這比你通常從靜電擊中獲得的電荷量還要少。 也許情況就是如此，也許有某種電荷無意中傳遞到了大眾身上。 但話又說回來，這假設了兩個物體帶有相反的電荷，而這 看起來不太可能發生。就像，如果你有一個帶電的物體和一個不帶電的物體 物體，它們仍會互相吸引，因為不帶電的物體會產生感應電荷。 被帶電物體極化，但這是一種較小的力。不過，一般來說，這很困難。 尋找有關高品質資訊，例如，你可能會發現的典型電荷量是多少 在日常生活中，一塊金屬的塊狀物。因此，我完全不贊同這種想法。我真的很感激 其實要感謝隆德先生，他幫我理清了所有這些事情。他一度也想接受。 他的影片因為缺乏量化數據，僅為定性分析，所以被下架了。但在與人交流之後 那位教授堅信這確實顯示了重力的作用，於是他決定留下它。 因為有人將其用作教育輔助工具。但不管怎樣，假設我的計算是正確的 而且預期的偏轉僅為幾度的一小部分，那我這整個設置就完全白費了。 但史蒂夫，你一開始在這支影片中承諾過，我們會看到兩團物質在房間裡。 在重力的作用下彼此靠近。我做到了，你也會做到，多虧了西蒙。 福斯特在倫敦帝國學院，因為恰好那裡有這座美麗的 實驗室工作台上的卡文迪許實驗範例。它比我自己的裝置小得多，但同樣也 精確得多，而且具備一些非常巧妙的功能。你看到那根長的線繩正在延伸…… 在這裡，你會看到它從那邊落下。你還得花上很長時間確保懸掛的部分穩固。 質量足夠集中，因此在引入時不會撞擊容器內壁。 靜止的物質，又花了另一個多小時。然後看，這些靜止的物質， 它們其實是可以移動的。所以，首先你把質量塊放在這個位置，然後等待…… 將懸掛的質量塊讓其穩定下來，然後將靜止的質量塊擺動到另一側。 然後讓懸掛的質量再次穩定下來。但這才是真正巧妙之處。你該如何測量呢 θ？如何測量懸掛質量因被拉向一邊而產生的角度變化？ 然後另一個則由靜止的質量所產生？嗯，就在這根電線上，有一面小小的鏡子， 你還可以看到這裡有一個激光指示器。所以你看，當激光指向鏡子時， 你可以看到牆上的反射，當然，那個反射正在來回移動。 如同這根扭轉擺，懸掛的質量體左右振盪。在延時攝影中 你甚至可以看到，看，它正在穩定下來。順帶一提，一次完整的振盪大約持續10分鐘。 這正是此儀器比我的儀器更為敏感的原因之一。那更長的振盪週期 週期告訴我們，扭轉絲線產生的恢復力要小得多，意味著 懸掛質量的位置將更受靜止質量重力的影響。 這也意味著整個過程耗時極長。因此，我希望你能原諒我， 此時，決定平衡位置大致在此處，以綠色標記。 於是我們將靜止的質量轉移到另一側，在此過程中我們造成了擾動 稍微調整一下儀器，然後再次讓擺錘振盪起來。再一次，它就在這裡了。 在延時攝影中逐漸穩定下來。最終，你可以看到新的平衡位置是 與舊的完全不同。這不是太酷了嗎？我們曾目睹重力在房間內作用於物體。 而且你看，等我覺得無聊之後，我決定新的平衡位置大約在這裡。 我測量了平衡位置之間的距離以及其他一些距離。 以及振動週期，並將它們全部代入此方程式。你會發現這非常 與我們之前看到的方程式類似，唯一的差異在於 θ 已被取代。 這個術語指的是雷射光點被偏移的距離，除以 從螢幕到儀器的距離。如果我們使用小角度近似，該值將是 是 theta。但你也必須除以二，因為激光的偏轉角始終是 偏轉量將是鏡面的兩倍。我可以把兩個二消去，但我想要展示出來。 你到底在搞什麼？我算出的萬有引力常數 G 是 7.4 乘以 10 的負 11 次方。嘿，這裡有個 G 的實際價值。這也不錯，對吧？我剛在實驗室測量了大 G，結果還不差。 我一直以為自己是一個糟糕的實驗者，但或許在經過多年努力嘗試卻始終無法成功之後 為YouTube影片工作，我現在已經不太差了。或者說，也許那只是巧合罷了。我希望你 喜歡這支影片嗎？如果喜歡，別忘了按讚訂閱，這樣演算法就會認為你會喜歡更多類似內容。 下一個影片。