Неточность измерения гравитационной постоянной с помощью эксперимента Кавендиша

Для научной работы для школы я решил измерить гравитационную постоянную с помощью эксперимента Кавендиша.

Я создал структуру, подобную той, что предлагается на этом веб-сайте: http://www.school-for-champions.com/science/gravitation_cavendish_experiment.htm .

Я действительно знаю, что будет некоторая неточность, потому что я не строил корпус для эксперимента. Он стоит в подвале дома, поэтому вибрации почти не влияют. Небольшие грузы представляют собой обернутые свинцовые листы весом около 120 г каждый. Большие массы весят 2 кг.

Сегодня измерил все нужные значения ( л , θ , р е , М , как описано на сайте; Т был только измерен довольно неточным еще [+-50 секунд возможно])

Мои ценности: л "=" 0,23 м , θ "=" 7,44 ° "=" 0,13 р а д , р е "=" 0,09 м , М "=" 2 к г , Т "=" 100 с ± 50 с

Но при вставке этого в уравнение я получаю неточность от 1000 до 10000 (в зависимости от значений для Т ):

г "=" 2 * π 2 * л * θ * р е 2 Т 2 * М "=" 2,4 * 10 − 7

Откуда берется эта огромная неточность или как я могу сделать эксперимент более точным (точность 20% была бы лучшей)?

На что распространяется ошибка г ? Я предполагаю, что он тоже довольно большой, поэтому ваша «огромная неточность» действительно связана с ошибкой ваших измеренных значений.
Совершенно очевидно, что в измеренных значениях есть некоторая погрешность, но даже если я немного подкорректирую их с точки зрения правильных ошибок измерения, я не приблизился к истине. 6 * 10 − 11 .
Постоянная Ньютона является наименее хорошо измеряемой фундаментальной константой. Это просто жесткое измерение.
Это говорит о вашей неуверенности в Т убивает тебя. Из-за квадрата это приводит к 100% относительной неопределенности результата (применение обычного правила для небольших ошибок выходит за рамки их применимости).
@dmckee - «Это просто жесткое измерение», правда. Но погрешность в четыре порядка — это много. Не объясняется ошибкой 50% в T.
Я также очень сомневаюсь, что этот эксперимент можно точно провести в масштабе л "=" 0,23  м .
Если есть какой-то способ записать колебания, вы сможете увидеть, влияют ли воздушные потоки на измерение. Колебания должны выглядеть как затухающие колебания. Большой фотодиод PIN и кабинет мостового усилителя обнаруживают центр тяжести отраженного лазера и обеспечивают сигнал для записи. Если вы не можете получить такое оборудование, возможно, сработает запись проецируемого пятна на шкале с помощью видеокамеры и воспроизведение на высокой скорости. В любом случае вы получите лучшую точность в вашем периоде.

Ответы (2)

Смещение 7,44° явно неверно. Немыслимо, чтобы крутильный маятник с периодом порядка 50-100 секунд мог сместиться на такую ​​большую величину за счет притяжения пары масс по 2 кг.

Я должен заключить, что другие факторы (потоки воздуха?), а не гравитация, были причиной смещения, которое вы наблюдали. Вам действительно нужно построить коробку и быть гораздо более терпеливым в своих измерениях. Вы должны наблюдать много колебаний маятника, чтобы определить как очень маленькое перемещение, так и период колебаний. Поскольку результат масштабируется с Т 2 , 10 % ошибка в Т приводит к 20-процентной ошибке в г ...

Другая, очевидная возможность заключается в том, что при перемещении одной или обеих больших сфер на место индуцируется статический заряд, который затмит гравитационные эффекты.
@WhatRoughBeast вполне возможно. Это тяжелый эксперимент. Глядя на движение с течением времени, можно увидеть, есть ли дрейф (утечка заряда, стабилизация воздушных потоков) или постоянное смещение. Только последний может быть гравитационным.
Воздушные потоки не обязательно оседают.
@Floris Поскольку я бываю в доме, где проводил этот эксперимент, только по выходным, у маятника было 5 дней, чтобы перестать вращаться. После установки больших сфер я подождал около 90 минут перед измерением. Этого достаточно или нужно еще подождать?
@BlobbyBob в подобном эксперименте есть много возможных источников дрейфа, включая сам торсионный провод, который может «разматываться». Крайне важно, чтобы вы устранили потоки воздуха и эффекты статического электричества и наблюдали за дрейфом настройки в течение многих циклов — желательно автоматически. Веб-камера, смотрящая на отражение лазерной указки, создает изображение, которое можно легко проанализировать, чтобы получить кривую отклонения за много дней.

Ну, есть сильные источники ошибок от окружающих масс: мебель, стены, люди вокруг. Чтобы уменьшить их, вы должны убедиться, что все имеет прямоугольную симметрию по отношению к двум осям эксперимента на расстоянии нескольких метров от маятника, и удалить / симметрировать большие массы за пределами этого расстояния до удвоенного расстояния.

Попробуйте повернуть маятник. Если источники ошибок находятся в несимметричных окружающих массах, результат измерения должен существенно измениться.
Неточность измерения гравитационной постоянной с помощью эксперимента Кавендиша
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v