Cтраница 2
Крутильный подвес применялся во многих приборах и был также использован в знаменитых опытах Кулона и Кавендиша. Такой подвес был использован в электрометрах и магнетометрах различных типов, а также в крутильном сейсмометре Вуда - Андерсона. Момент вращения N, приложенный к нити, на которой осуществлен подвес, пропорционален углу поворота q, так что N - / Сф. На нити подвешено некоторое тело, момент инерции которого равен / и, как это будет показано в гл. [16]
Опишите, каким образом устанавливается зависимость силы взаимодействия от значения заряда в опытах Кулона, учитывая, что при этом нет независимого способа измерения заряда. [17]
Эта идея получила новую пищу и еще более окрепла, когда на основании опытов Кулона оказалось, что магнитные и электрические взаимодействия могут быть сведены к силам, подчиняющимся законам, аналогичным закону всемирного тяготения. Полагали, что эти агенты могут непосредственно действовать друг на друга на расстоянии. При этом промежуточная среда или не играет никакой роли, когда явления происходят в пустоте, или обнаруживает второстепенное влияние. В явлениях электрических оба агента находятся в покое. Явления магнитные сводились к движению электрических агентов. [18]
Разделы 27.6, 27.7. Показывается, как можно измерить силу взаимодействия между двумя элементарными зарядами при сочетании опыта Кулона с крупномасштабным опытом Милликена. Этим путем определяется постоянная k в законе Кулона. Показывается, что электрическая сила между двумя элементарными зарядами в 1030 раз больше гравитационного притяжения между двумя атомами водорода. Вместе с тем в разделе 27.6 показывается, что при подсоединении батареи к пластинам сила действия на электрический заряд между пластинами обратно пропорциональна расстоянию между пластинами и прямо пропорциональна числу последовательно соединенных батарей. [19]
В главе 27 под электростатику подводится фундамент количественных соотношений. Рассмотрение опыта Кулона, приводящего к закону Кулона, и распределения зарядов и сил между зарядами придает представлению о заряде количественный характер. Существование естественной элементарной единицы заряда устанавливается посредством анализа опыта Милликена с масляными каплями. Затем вариант этого опыта, проведенного в более крупном масштабе, дает нам возможность определить электрическую силу, действующую между двумя элементарными электрическими зарядами. Это равнозначно нахождению постоянной k в законе Кулона. Отсюда появляется возможность измерения зарядов обычной величины числом элементарных электрических зарядов. Наконец, в этой главе обсуждаются опыты, позволяющие определить число элементарных электрических зарядов на таких частицах, как электрон, альфа-частица и протон. [20]
Величина 5 характеризует отклонение от закона Кулона, а при 5 0 мы получаем закон Кулона точно. Из опытов Кулона можно заключить, что S если и не равно нулю, то очень мало. Поэтому положим 5 С 1, разложим полученные выражения для потенциала в ряд Тейлора по степеням 8 и ограничимся только членами первого порядка малости. [21]
Величина 8 характеризует отклонение от закона Кулона, а при 5 0 мы получаем закон Кулона точно. Из опытов Кулона можно заключить, что 8 если и не равно нулю, то очень мало. Поэтому положим 5 1, разложим полученные выражения для потенциала в ряд Тейлора по степеням 5 и ограничимся только членами первого порядка малости. [22]
В опыте Кулона мы изучаем непосредственно не силу между отдельными электрическими частицами, а силу между телами, состоящими из частиц. То, что мы наблюдаем, умозрительно приписывается действию сил между частицами. [23]
Как известно из опытов Кулона, взаимодействие между зарядами и соответственно напряженность в среде меньше, чем в вакууме. Поэтому в любой точке в диэлектрической среде результирующая напряженность состоит из почти равных по значению, но разных по знаку составляющих. [24]
Мы выяснили теперь смысл заряда и знаем, как электрическая сила зависит от зарядов. Объединим эти сведения с опытами Кулона. Эти опыты говорят нам, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния г между зарядами. Так мы приходим к полному выражению для силы взаимодействия между зарядами. [25]
Законы взаимодействия неподвижных электрических зарядов изучает электростатика. Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном ( 1736 - 1806) в 1785 г. В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров. [26]
Тот факт, что модули упругости не обязательно уменьшаются с ростом температуры, как было указано Вертгеймом, можно видеть из исследований Фрэнка Хортона 1905 г. ( Horton [1905, 1]), посвященных изменению модуля крутильной жесткости кварцевых волокон в области температур от 20 до 1000 С. Повторяя эксперименты с крутильным маятником Кулона 120-летней давности ( 1784 г.) с кварцевыми волокнами диаметром 0 001 см, которые использовались с той же целью, что и в опытах Кулона, поскольку они являются почти универсальными в качестве подвесок в крутильных установках, когда требуется высокая точность ( там же, стр. Хортон добавил только две новые детали к исходным экспериментам. Во-первых, частоты колебаний, используемые для вычисления значений модуля упругости, он определял, применяя новый метод измерения времени путем синхронизации, предложенный профессором Пойнтингом, и, во-вторых, добился важной для эксперимента точности в 0 01 % при определении радиуса волокна, прокатывая малый отрезок его между двумя тонкими стеклянными капиллярными трубками и подсчитывая число вращений, необходимых для прохождения дистанции в 5 мм. [27]
Несомненно, наиболее известной экспериментальной работой XIX столетия была статья) Кельвина ( Kelvin ( William Thompson) [ 1865 11) 1865 г. Эксперименты для его исследования были выполнены Дональдом МакФарлейном, официальным ассистентом профессора по натуральной философии в университете Глазго. Признавая, что работы Кулона послужили толчком к его исследованиям, Кельвин в ряде опытов с крутильным маятником на цилиндрических проволоках изменял веса, моменты инерции и начальные амплитуды; все по образцу опытов Кулона. Однако, в добавление, Кельвин исследовал вязкое ослабление образцов, которые в течение некоторого времени подвергались непрерывным вибрациям, в сравнении с поведением аналогичных образцов, которые в течение такого же отрезка времени оставались в покое. Подобно Кулону, Кельвин вел счет числа циклов, требовавшихся, чтобы уменьшить амплитуду с 20 до 10 единиц. Он обнаружил, что в случае алюминия процесс протекал гораздо быстрее, когда начальная амплитуда была равна 40, чем когда она была равна 20 единицам. Он заметил, что чем выше скорость, тем больше потеря энергии за один размах; он заметил также любопытный факт, что, когда нагрузка увеличивалась, вязкость сначала сильно увеличивалась, но затем день за днем она постепенно уменьшалась, пока не достигала значения, которое имела при малой нагрузке. Проволока, совершавшая непрерывные колебания весь день, показывала намного большее вязкое демпфирование в последующие дни, чем аналогичный, находившийся в состоянии покоя образец. Перемена ролей образцов обнаружила, что этот эффект действительно вызывался продолжительной вибрацией. [28]
Величина 6 характеризует отклонение от закона Кулона, а при 8 0 мы получаем закон Кулона точно. Из опытов Кулона можно заключить, что о если и не равно нулю, то очень мало. Поэтому положим S41, разложим полученные выражения для потенциала в ряд Тейлора по степеням 8 и ограничимся только членами первого порядка малости. [29]
Эти опыты могут быть использованы для характеристики поля. Действительно, в опытах Кулона измеряется сила, с которой поле, возникающее вблизи конца первого магнита, действует на полюс второго магнита. Конечно, как мы уже многократно упоминали, отделение одного полюса магнита от другого принципиально невозможно, и мы всегда имеем дело с взаимодействием магнитов в целом. Однако для тех длинных и тонких магнитов, с которыми производил свои опыты Кулон, это взаимодействие практически неотличимо от взаимодействия между двумя воображаемыми полюсами, расположенными в тех местах, где находятся сближенные концы куло-новых магнитов. [30]