כן אנחנו / אתה יכולים.

אני זוכר שראיתי סרטון מפורסם של גרסה תוצרת בית של ניסוי איזון הפיתול בקוונדיש מתחילת שנות השישים, גרם לי לחשוב לקורס התיכון PSSC. בעיקרון, הפיזיקאי תלה איזון פיתול מהתקרה הגבוהה על ידי פיסת קלטת נתונים ממוחשבת ארוכה (> 10 מ '?) (נבחרה מכיוון שהיא לא תימתח). הוא המזער בזהירות את זרמי האוויר. מסות הפיתול היו שני בקבוקי מים של 0.5 ק"ג על מוט עץ (ללא הפרעה מגנטית). מסה, בצורה של קופסאות חול, אומרים ש 20 ק"ג נערמו על הרצפה כמסה סטטית ואז התהפכו במצב ביחס להמונים התלויים. מסביב למאזן הייתה קופסת פלסטיק שקופה (עם חור בחלקה העליון כדי שהקלטת המתלה תעבור דרכה) גם כדי למזער את השפעת זרמי האוויר, מכיוון שהכוח הרוחבי על כל בקבוק הוא בערך G * m1 * m2 / r ^ 2 = (6.7e-11) * 0.5kg * 20kg / (0.1m) ^ 2 N ~ 6.7e-8 N, כלומר כוח רוחבי על כל בקבוק שווה ערך לזה שנוצר במשקל של כ- 7 מיקרוגרם, בערך לזה של גרגר חול 1 מ"מ ^ 3. זה נראה לעינינו מכיוון שזרועותיו הארוכות של איזון הפיתול ממירות את הכוח הקטן הזה למומנט על גבי הפילה המתלה, והמומנט המשחזר הוא בעצמו קטן מאוד.

מצאתי גרסה מדובבת איטלקית של הסרטון. ביוטיוב. ראה http://www.youtube.com/watch?v=uUGpF3h3RaM&feature=related וגרסה מעט ארוכה יותר בכתובת http://www.youtube.com/watch?v=V4hWMLjfe_M&feature= קשור. אני מאמין שהמפגין היה פרופ 'ג'רולד זכריאס מ- MIT וצוות ה- PSSC. אם מישהו יכול להצביע לי על לולאת הסרטים השחורה-לבנה המקורית שלא הובלה, אודה לה.

זה נראה ממש גס אבל איכותית זה עבד. המראה נעה עם היפוך עמדות ההמונים. כן, פיזיקה ניסיונית !! חשב את זה. השתמש במצביע הלייזר שלך. מראות דבק. לְדַרֵג. תן את זה כניסוי בכיתה. הכינו סרטון (מוסיקה?). שים אותו ב- Youtube והטמע אותו כאן. פיזיקה חברתית.

מצאתי גם אחרים שעושים זאת בניסויים עצמיים שלך עם ציוד גולמי, טיפים ניסיוניים (נסה חוט דיג) ומסות שונות. ראה http://funcall.blogspot.com/2009 /04/lets-do-twist.html http://www.hep.fsu.edu/~wahl/phy3802/expinfo/cavendish/cenco_grav.pdf ו- http : //www.fourmilab.ch/gravitation/foobar/, שמשתמש בסולם, כמה אבני אבנים, חוט דיג מונופילם ויש בו סרטונים. לצורך הניסוי בהתייחסות אחרונה זו אינך זקוק למראות מכיוון שאתה יכול לראות את המוני איזון נעים ישירות מכיוון שהטיול שלהם כה גדול. ראה גם http://www.youtube.com/watch?v=euvWU-4_B5Y

עבור כל הניסויים הללו אין כיול של כוח השיקום של הנימה המעוותת ( שקבנדיש עשה מתקופת הפיתול החופשית של האיזון), קרן האיזון של אחד נראית קלקר, (לכן הייתי דואג להשפעות מטען עדינות), והקורה פוגעת בתמיכת ההמונים הקבועים כך שהיא קופצת ואנחנו לא רואים את התאוצה הזוויתית ההרמונית שאנו עשויים לצפות לה. הבעיה האחרונה הזו ידועה ככל הנראה בקרב הנסיינים החובבים בתחום זה. תערוכה נוספת וסרטון בכתובת http://www.juliantrubin.com/bigten/cavendishg.html

הסיכום והתצוגה ההיסטורית הטובה ביותר שמצאתי הם בכתובת https://en.wikipedia.org/wiki/Torsion_bar_experiment. לא הבנתי שהניסוי תוכנן במקור על ידי ג'ון מישל, בן זמננו, שעיצוביו והמכשירים שלו עברו לקוונדיש עם מותו. ראה https://en.wikipedia.org/wiki/John_Michell. ניוטון שקל את החריגה מהאנכי שיש למטוטלת נייחת ליד הר יבשתי בפרינסיפיה (1686). למרות שהוא ראה את הסטייה קטנה מדי למדידה, היא נמדדה 52 שנים מאוחר יותר בצ'ימבוראזו, אקוודור בשנת 1738, שהיה הניסוי הראשון שהראה שכדור הארץ אינו חלול, ככל הנראה השערה חיה באותה תקופה. אותו ניסוי חזר על עצמו בסקוטלנד בשנת 1774. ראה https://en.wikipedia.org/wiki/Schiehallion_experiment. מיטשל המציא את ניסוי איזון הפיתול בשנת 1783, והחל בבניית מאזן פיתול. קוונדיש עשה את הניסוי שלו בשנים 1797-1798. בעיני כל זה די מעורר השראה.

עריכה (אני אעביר בקרוב את הזעם החיובי הזה למטא) - בהתחשב בקהל המגוון בעליל באתר זה, הייתי רוצה לראות שאלות נוספות כמו זו הנוגעות לניסויים חובבניים או ביתיים. ניתוח הנתונים ומקורות הטעויות האפשריים בניסויים אלה הוא לעיתים קרובות עדין ומלמד מאוד. אם פיסיקאים אמיתיים וסטודנטים חכמים אחרים יבקרו בפומבי היבט כלשהו של ניסוי, זה מספק שתלמידים רבים לעולם לא יקבלו אחרת. מסגרת הרשתות החברתיות תסייע למצטרפים רבים ממדינות שונות ללמוד מהו מדע אמיתי באופן שעוד מנה נוספת של תיאוריה המובנת בצורה לא מושלמת לעולם לא תהיה. וזה גם כיף.

באפשרותך לבצע הערכות של המסה של כדור הארץ $ M_ \ mathrm E $ על ידי אומדן הצפיפות הממוצעת שלה $ \ rho $ span> ושימוש בנוסחה $ M_ \ mathrm E = \ rho \ cdot V $ , שם כמובן $ V = \ frac {4} {3} \ pi R ^ 3 $ , אז אתה צריך לדעת את רדיוס כדור הארץ $ R $ . שיטה זו היא דווקא הימור מכיוון שאינך יודע את הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ (נניח שכדור הארץ יהיה חלול?). ניוטון ערך הערכה כזו בעצמו.

חוק הכבידה של ניוטון $ F_ \ text {grav} = G \ cdot \ frac {M_ \ mathrm E \ cdot m} {R ^ 2} = m \ cdot g $ מתאר את המשיכה בין מסה $ m $ על פני כדור הארץ וכדור הארץ. בעוד ש $ m $ , $ g $ , אז $ F_ \ text {grav} $ ו $ R $ ניתן לקבוע, ישנם שני לא ידועים: $ M_ \ mathrm E $ ו- $ G $ .

אז אפשר לקבוע רק את מסת כדור הארץ יחד עם $ G $ : קבוע הכבידה.

אינך יכול למדוד את מסת כדור הארץ בבית אלא אם כן יש לך גישה למאזן פיתול של קוונדיש כדי למדוד את קבוע הכבידה. הניסוי בקוונדיש מתואר ב מאמר זה בוויקיפדיה. משוער. 100 שנה לאחר ניוטון הניסוי הראשון נעשה למדידת $ G $ .

הערך של $ ניתן למדוד G \ cdot M_ \ mathrm E $ בצורה מדויקת מאוד ( $ 3.9860042 \ times10 ^ {14} \ \ mathrm {m ^ 3 / s ^ 2} $ טווח>).
ניתן למדוד את הערך של $ G $ בצורה פחות מדויקת ( $ 6,674 \ times10 ^ {- 11} \ \ mathrm {m ^ 3 / (kg \ s ^ 2} $ ) אז זה צוואר הבקבוק לקביעת מסת כדור הארץ.

מסת כדור הארץ אינה קבועה; ההערכה היא כי מדי יום 40 טונות של אבק מטאוריטים פגע בו. זה זניח לחלוטין עבור מסה של 5.9736 $ \ times10 ^ {24} \ \ mathrm {kg} $ .

אינך יכול למדוד את מסת כדור הארץ באופן ישיר, כפי שאחרים הצהירו. אתה יכול לחשב את זה בידיעה:

• הערך של $ g $ , תאוצת הכבידה (בערך $ 9.8 \ \ mathrm {m / s} $ )
• הערך של $ R_ \ mathrm e $ , הרדיוס של כדור הארץ (כ $ 6378.1 \ \ mathrm {km} $ )
• הערך של $ G $ , קבוע הכבידה (כ $ 6.67 \ times10 ^ {- 11} \ \ mathrm {N \ m ^ 2 / kg ^ 2} $ )

ופתרון המשוואה הבאה:

$$ mg = \ frac {GM_ \ mathrm em} {R_ \ mathrm e ^ 2} $$ או $$ M_ \ mathrm e = \ frac {g R_ \ mathrm e ^ 2} {G} $$

כעת:

• כדי למדוד $ g $ אתה יכול להשתמש במטוטלת - זה ניתן לעשות בבית.
• כדי למדוד $ R_ \ mathrm e $ הכי פשוט הניסוי הוא הניסוי של ארטוסטנס - את ה אי אפשר זה ניתן לעשות בבית
• כדי למדוד $ G $ טווח> אתה צריך להשתמש ב איזון Cavendish - ש אי אפשר לעשות בבית כי זה ניסוי קשה לשמצה (הקבוע הוא ממש קטן, דורש מכשיר מותאם אישית, ארוך מאוד זמן וכו ').

כפי שג'רארד הצהיר שאתה לא יכול למדוד ישירות את מסת כדור הארץ.

אתה יכול למדוד את תאוצת כוח הכבידה על פני כדור הארץ באמצעות מטוטלת פשוטה. אתה צריך לדעת שני דברים: האורך של המטוטלת, שניתן למדוד במדויק ובקלות בעזרת סרגל. תקופת התנודה, שניתן למדוד על ידי לקיחת שעון עצר ותזמון מספר נדנדות קטנות.

ואז השתמש בנוסחה :

$ g = \ frac {4 \ pi ^ 2 L} {T ^ 2} $

כאשר L הוא האורך ו- T הוא התקופה.

$ M = \ frac {g R ^ 2} {G} $

כאשר R הוא רדיוס האדמה ו- G הוא קבוע כוח המשיכה של ניוטון.

אתה עדיין צריך לדעת את הכמויות האחרות האלה, כמו שאמר ג'רארד. אני לא יודע איך תמצאו R או G בבית.

עריכה: עיצב את הנוסחאות באמצעות לטקס.