A. 重力和引力的常量是怎么测量的
万有引力 的测量大致可分为地球物理学方法测量、空间测量、实验室内测量等三大类. 地球物理学方法测量G 是利用大的自然物体(如形状规则的山体、矿井和湖泊等)作为吸引质量。 该方法的主要优点是作为吸引质量的自然物体很大, 引力效应明显. 但由于吸引质量的尺度、密度及其分布等都不能精确测量, 所以实验的精度比较低. 随着航天技术的发展, 人们期望在太空开展测G 实验。 空间测量方法可以避免地面实验室中遇到的两大难题:一个是地面实验环境中的附加背景引力场作用, 另一个是地面振动噪声的干扰, 就目前的情况来看,空间测量G 的方法面临着很多新的技术难题, 仍在探索之中.实验室内测量万有引力常数G 的常用工具是精密扭秤和天平。 与地球物理学方法相比, 精密扭秤的最大优点是将待测的检验质量与吸引质量之间的万有引力相互作用置于与地球重力场方向正交的水平面内, 这样就在实验设计上极大地减少了重力及其波动的影响。 天平可以绕刀口在垂直面内上下倾斜以探垂直方向的引力作用。常用的测量方法有: 直接倾斜法、补偿法、共振法、周期法和自由落体法等
B. 英国物理学家卡文迪许测引力常量G的实验是怎么做的
1750年，剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的教授，他在研究磁力的时候，使用了一种巧妙的方法，可以观察到很弱小的力的变化。卡文迪西得到这个消息后，立即上门请教。 米歇尔教授向年轻的卡文迪西介绍了实验的方法。他用一根石英丝把一块条型磁铁横吊起来，然后用力一块磁铁去吸引它，这时后石英丝就发生了扭转，磁引力的大小就清楚的看出来了。卡文迪西从这里受到了很大启发，他想，能不能用这个方法测出两个物体间的微弱引力呢？ 从米歇尔那里回来后不久，卡文迪西仿制了一套装置：在一根细长杆的两端各安上一个小铅球，做成一个像哑铃似的东西；再用一根石英丝把这个“哑铃”从中间横吊起来。他想，如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球，根据万有引力定律，“哑铃”一会在引力的作用下发生摆动，石英丝也会随着扭动。这时候，只要测出石英丝扭转的程度，就可以进一步求出引力了。(请参见‘沈慧君、郭奕玲编着：经典物理发展中的着名实验，凡异出版社，p57~80 (引力常量的测定) ’) 这个推论在理论上是成立的，可是卡文迪西实验了许多次，都没有成功。 原因在哪里呢？还是由于引力太微弱了，比如两个一公斤重的铅球，当它们相距十厘米时，相互之间的引力只有百万分之一克，即使是空气中的尘埃，也能干扰测量的准确度。因此，在当时的条件下，完全靠肉眼来观察确定石英丝的微小变化，实验难免会失败。 时间就这么不知不觉地过去了几十年。 1785年，库仑提出库仑定律(注1)。因为库仑扭力计的发明，给卡文迪西 (Cavendish, 1731~1810) 很好的启示，但是，用库仑的方法，还是测不出万有引力，因为万有引力比电力小了将近40次方，仪器要更更更精密才行哪！ 卡文迪西苦思冥想，怎样能把石英丝的微小扭转加以放大的方法？但一直都没有结果。 直到1798年的一天，卡文迪西到皇家学会去参加一个会议。走在半路上，他看到几个小孩子，正在做一种有趣的游戏： 他们每人手里拿着一面小镜子，用来反射太阳光，互相照着玩。小镜子只要稍一转动，远处光点的位置就有很大的变化。 看到这里，忽然一个念头闪过他的脑海，他联想起了石英丝扭转放大的问题，借助小镜子不是正好可以使其得到解决吗？他抑制不住自己激动的心情，掉头跑回实验室，重新改进了实验装置。他把一面小镜子固定在石英丝上，用一束光线去照射它，光线被小镜子反射以后，射在一根刻度尺上。这样，只要石英丝有一点极小的扭转，反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。卡文迪西把这套装置叫做“扭秤”。 扭秤有很高的灵敏度，利用这套装置，卡文迪西终于成功地测得万有引力常量G是(6.754±0.041)×10-8 达因·厘米2 /克2 ，这个值同现代值(6.6732±0.0031)×10-8 达因·厘米2 /克2 相差无几。根据引力常量，卡文迪西进一步算出了地球的重量是5.976×1024 公斤。 卡文迪西从十几岁读大学时开始提出这个问题，直到1798年用实验方法“称”出了地球的重量，整整五十年。距离牛顿提出万有引力定律约100年