-
1 视频
-
2 试题
万有引力定律是17世纪自然科学领域最伟大的发现之一。它使地面上物体运动的规律和天体运动的规律得到统一,对其后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它首次解释了一种基本相互作用(自然界中四种相互作用之一)的规律,是人类探索自然界的一座里程碑。
万有引力定律揭示了天体运动的规律,在天文学和航天计算方面都有广泛的应用。它为实际的天文观测提供了一套计算方法,只凭少数观测资料,就能推算长周期运行的天体轨道。哈雷彗星、海王星、冥王星的发现,都是应用万有引力定律取得重大成就的事例。利用万有引力公式、开普勒第三定律等还可以计算太阳、地球等无法直接测量的天体的质量。牛顿还解释了月球和太阳的万有引力引起地球上的潮汐现象,以及地球呈椭球状的原因和地轴的复杂运动,推翻了古代“神之引力”的说法。
万有引力定律的发现对文化发展也有重大意义,它为人类确立了理解宇宙万物的信心,解放了人们的思想,在科学文化的发展史上起到了积极的推动作用。
牛顿在得出万有引力定律时,没给出引力常量G的取值。G的数值是卡文迪许于1789年利用自己发明的扭秤装置测量的。卡文迪许扭秤实验不仅证明了万有引力定律,同时也让万有引力定律有了更广泛的使用价值。
扭秤的原理是在一根刚性杆的两端连结两个质量相同的金属球,用一根细丝通过秤杆的中心将其悬挂起来,秤杆可以绕细丝扭动。细丝上的小反射镜将光线反射到远处带标尺的记录板上。做实验时,用另外两个金属球分别放在扭秤两端的金属球附近。金属球之间的引力使扭秤绕细丝转动,直到与细丝本身的扭矩平衡。当细丝转动时,光线在记录板上移动的距离对应扭转角度。即使细丝扭转角度极小,只要记录板足够远,光线的移动距离就很容易被测出。实验的构思、设计十分精巧,英国物理学家坡印廷对这个实验的评价:“开创了弱力测量的新时代”。
扭秤的灵敏度很高并可测多个参数,同时也有不足之处,例如对测试环境的要求高,易受温度、震动、气压波动、细丝弹性等的干扰。因此对于精度要求不高的重力测量,一般用重力仪;高精度的测量,例如引力物理方面的测量、高精度仪器的验证及标定,仍需要用扭秤。即便是当今,扭秤在实验物理领域也有相当重要的地位。直到1969年G值的测量精度还保持在卡文迪许测量的水平上。