牛顿推导出了万有引力定律,但是万有引力到底多大?一百多年后,英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。
他将小金属球m系在长木棒的两边并用金属线悬吊起来,细线上固定一面镜子。用准直的细光束照射镜子,细光束反射到一个很远的地方,标记下此时细光束所在的点。
用两个质量一样的铅球m’ 同时分别吸引扭秤上的两个铅球。由于万有引力作用,扭秤微微偏转,但细光束所反射的远点却移动了较大的距离。他用此计算出了万有引力常数G。
此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大。
(1) 尽可能地增大了T型架连接两球的长度使两球间万有引力产生较大的力矩,使杆偏转
(2)尽量的增大弧度尺与系统的距离,使小镜子的反射光在弧线上转动了较大角度
卡文迪许简介
1731年10月10日,卡文迪许出生在英国一个贵族家庭。 两岁时母亲病逝,父亲忙于社交,把他交由保姆看管,直到11岁才被送入学校,所以卡文迪许性格有点孤僻。 他整天埋头进行科学研究:客厅是实验室,卧室是观象台,另两处住宅分别改为实验室和图书馆。
卡文迪许在科学研究中兴趣广泛:上至天文气象、下至地质采矿、抽象的数学、具体的冶金工艺,他都进行过探讨。特别在化学和物理学的研究中,他有极高的造诣,取得许多重要的成果。
他在35岁时发表了第一篇论文,介绍了收集空气的实验,对当时科学家研究气体是很有启发的;后来,卡文迪许研究了空气的组成,发现了二氧化碳及氢气,确定了水的成分,提供了一种由空气制取硝酸的方法;通过碳酸钙结晶实验破解了石钟、石乳、右笋的形成原因,从而解释了喀斯特地形构造。
卡文迪许是个了不起的科学家,对牛顿更是非常敬仰。他从牛顿身上不仅吸取了献身科学的力量,还接下了牛顿的许多研究项目:他通过扭秤实验测出了万有引力常量G,这一测量被称为开创了“弱力测量的新时代”;他通过实验还测定出地球的密度,计算地球的相对重量;他还根据万有引力定律,研究过动力学;依据牛顿提出的热是微粒振动的观点,做了有关热的许多实验、发现了比热的测定法。
卡文迪许从事科研不图名利,他还进行了大量重要而不为人知的研究。他在1777年提出电荷之间的作用力可能呈现与距离的平方成反比的关系,后来被库仑通过实验证明、成为库仑定律;他通过大量实验,提出了电势与电流成正比的关系,这一关系1827年被欧姆重新发现,即欧姆定律。
因为他很慎重、总认为自己没有足够的实验依据,所以在卡文迪许将近50年的科研生涯中没有写一本书,许多论文和实验报告没有发表,这对于促进科学研究的发展是很可惜的。