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卡文迪许扭秤实验科普展品
EXHIBIT DETAILS

卡文迪许扭秤实验

运动之律

  • 展品尺寸以现场方案为准
  • 表现形式互动体验
  • 报价方式不标注价格 · 按需求报价

展示目的及科学原理

还原卡文迪许扭秤实验过程,介绍卡文迪许测试地球重量的方法。

操作方式

卡文迪许在一长木棍的两端各装上一个小铅球,像一只哑铃,再用一根石英丝把这只“哑铃”横吊起来。实验时,只要将两只大铅球分别接近木棍两端的小铅球,由于“万有引力”的作用,“哑铃”一定会发生摆动,石英丝也将会有所扭动。只要测出石英丝扭动多少,就可以知道大小铅球之间的引力大小。

同时,他把一面小镜固定在石英丝上,再用一束光线照射这一小镜。小镜将光线反射到一根刻度尺上。这样,只要石英丝有极微小的扭动,反射光就会在刻度上有明显的移动,从而提高实验的灵敏度。

他测出了万有引力恒量的参数,万有引力常量约为G=6.67259x10-11(N·m2/kg2),通常取G=6.67×10-11(N·m2/kg2),在此基础上卡文迪什计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是地球的质量为6.0x1024kg。这个结果与现代仪器测量的结果相比只有不到1%的误差。以当时的实验条件来看,是相当了不起的成就。

万有引力的公式F=Gm1m2/r2(G为引力常量,m1、m2是两物体的质量,r为两物体的距离)。但引力常量G数值是多少,牛顿本人也不知道。直到1798年,卡文迪许通过扭秤实验验证了万有引力定律,并确定了引力常数和地球的平均密度,他被称为“第一个称量地球的人”,展品采用场景还原的形式描述了卡文迪许的试验过程。

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