第二百九十五章 扭秤實驗
“沒有。”
“什么?”
“我說沒有證據,我也很難拿得出證據,這可是地球的萬有引力,怎么可能用人力來證明它的存在合理性呢?”
林煜說得很誠實,也很合理。
畢竟,這可是地球的萬有引力,他拿錘子去證明萬有引力的存在啊。
可話雖如此,袁忠徹還是略微有些失望的,他剛剛還真以為眼前的“奇人”林先生,能夠拿出證據證明地球是存在萬有引力,宇宙也是存在萬有引力的。
“不過……”
“我倒是有個折中的辦法,來求取萬有引力的常數值,也可以側面證明萬有引力的真實存在性。”
嗯?還有辦法?
袁忠徹先是一愣,緊接著臉色瞬間無比的認真,準備聽聽到底是什么辦法。
“騷瑞了,卡文迪許。”
林煜心中默念,他又要開始白嫖了。
不對,讀書人的事,怎么能說嫖呢!
自己先提出來的,那就是自己的了,而且這也是提前開啟人類“自然科學”的進步。
是好事啊!
“首先,我們需要一個扭秤,扭秤可以用鐵來打造,只要足夠堅固,不會斷掉就行……”
林煜一邊說著,一邊用石頭在地上畫了個“丄”。
“差不多就是這樣的造型,然后用一根足夠堅固,也具有一定韌性的金屬絲線作為扭絲,把秤桿懸掛吊起來,再在扭絲中間綁一面鏡子,最好用琉璃鏡,也可以用銅鏡,只要能反射光線就行。
接著在秤桿的左右末端,各懸掛相同重量的銅球,也可以是鐵球,如此,就可以把秤桿變成一個啞鈴。”
“林先生,什么是啞鈴?”于謙舉手問道。
“啞鈴……你先不用管什么是啞鈴,反正就是一個名字稱呼而已,你只要記住,桿子的兩端必須重量相等,至少也要相近。”
“這項實驗的目的性就在于,兩個銅球的重量是有限的,所以即便存在萬有引力,也很難像宇宙天體一樣,達到明顯的相互吸引的力學現象,也就更難被現有的技術手段所觀測到。”
說白了,就是銅球太小了,雖然存在萬有引力,但卻幾乎可以忽略不計。
反正以人的肉眼,絕對不可能看得見,看見了也無法察覺。
“但是,我們無法觀測到銅球的萬有引力,卻可以觀測到光線的變化。”
“實驗的原理就是,用蠟燭或者陽光照射扭秤上的鏡子,那鏡子就能反射光線到很遠的墻面上,而只要扭秤上發生一點點細微的偏轉力,那就能經過扭秤和光線的二次放大,讓本來不動的光線迅速移動到很遠的距離。”
鄭和一臉吃驚:“還能這樣?”
袁忠徹則是馬上在腦子里認真模擬了一遍,發現這樣進行實驗確實有可行性。
正常人拿著鏡子在太陽底下反光,也能在稍微偏轉一點角度的情況下,讓地上反射的光斑迅速移動較大距離。
那么反應在萬有引力上會是怎么樣的呢?
楊榮這次倒是學乖了,對于自己完全不懂的領域,干脆也不浪費精力了,直接開口問道:“所以具體應該怎么做?”
林煜微笑著說道:“很簡單,照我畫的圖準備一個扭秤,秤桿盡可能做長一點,但也不用太長,要不然增加的力臂可能會被秤桿本身的重量抵消掉。”
“接著照我剛才說的,準備兩個重量與大小都相等的小銅球,懸掛在秤桿上,秤桿再用具有韌性的金屬絲懸掛,金屬絲上放一面可以反射光線的鏡子。”
“實驗最好在封閉環境下進行,可以防止自然風、外界陽光、氣溫濕度對實驗造成誤差影響,接著還有一步,再準備兩顆重量大小相等的大銅球,放在距離兩顆小銅球相當近的地方。”
“這里我再補充兩點,萬有引力定律有兩條基本法則:引力與物體的重量乘積呈正比,與物體間的距離平方呈反比。”
“通俗點來說,就是物體越重,萬有引力越大,距離越遠,萬有引力越小。”
講到這里,袁忠徹立刻就懂了。
“所以才要準備兩顆大銅球,兩顆小銅球,且擺放的距離也要更近,因為這樣可以產生足夠大的實驗引力。”
如此,實驗已經沒什么好講的了。
林煜直接做出總結道:“如果萬有引力存在,那么在實驗過程中,只要大銅球對小銅球產生了一點點的微小引力偏轉,這股微小的力就可以通過較長的秤桿產生較大的力矩,使金屬懸絲產生一定角度的扭轉。
而在懸絲上固定的鏡子,就可以把反射的光線瞬間反射到距離鏡子更遠的墻面上,如果還要精確測量的話,可以再制定一個刻度尺,用于觀測反射光線移動了到底多少刻度,就可以把金屬懸絲的微小扭轉顯現出來。”
可以說,卡文迪許無愧于科學怪才的名號。
在技術條件完全不滿足于可以測量萬有引力定律的前提下,硬生生通過一套十分簡陋的實驗設備,成功驗證了萬有引力定律的準確性,還進一步通過實驗測出了引力常量。
卡文迪許用扭秤實驗測量的結果,與后世專業的測量結果十分接近。
這個實驗不光是驗證出了萬有引力的真實存在,還進一步將萬有引力定律從科學理論,擴展到了實用價值。
沒錯,這位英國科學怪才在測出了萬有引力恒量參數以后,很快又進一步以此為基礎,算出了地球的密度和質量。
差不多就在同一時期,另一位法國科學家庫侖,同樣也利用扭秤實驗,成功測定了電荷之間的作用力。
庫侖在實驗中發現了靜電力與距離平方呈反比,與電量的乘積呈正比,從而得到了完整的庫侖定律。
庫侖定律第一次打開了電的數學理論大門,使靜電學進入了定量研究的新階段。
同時還進一步用扭秤證明了地磁場對磁針有力矩的作用,力矩大小與磁針對子午線偏斜角的正弦呈正比,這就構成了磁矩概念的基礎。
不過,值得注意的是,庫侖的扭秤實驗在精度方面,實際是遠不如萬有引力扭秤實驗的。
“但這個實驗終究只能在課上講講,這里是天牢,需要的材料我們沒法準備,所以暫時是看不到了。”
“額……”
楊榮聞言愣了一瞬,接著連忙訕笑了兩下。
他剛才差點就要直接叫人去準備實驗材料,好驗證測算萬有引力了……
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