Drehwaage
Klassische Mechanik,
empfindliches Messinstrument zur Messung abstossender oder anziehender Kräfte.
Bei der Cavendish-Drehwaage sind zwei kleine Massen m an den Enden eines
frei aufgehängten Balkens befestigt (Abb. 1). Zwei wesentlich grössere Massen M
werden nun in gleicher Höhe den kleinen Massen genähert. Aufgrund der
Anziehungskraft wird der Waagebalken um den Winkel j
aus der Ruhelage ausgelenkt. Aus den bekannten Grössen m, M und
dem Richtmoment des Drahtes lässt sich dann die Graviationskonstante G
berechnen.
Die Eötvös-Drehwaage dient zur Messung von Gradienten des
Schwerefeldes, nicht des Schwerefeldes selbst. Der Aufbau des leichten
Drehwaagebalkens gleicht dem der Cavendish-Drehwaage. Der Waagebalken wird in
verschiedenen Messstationen durch horizontale Schweregradienten unterschiedlich
weit verdreht (Abb. 2 a). Eine Variante, bei der die beiden Massen in
unterschiedlicher Höhe angebracht sind, erlaubt die Messung auch vertikaler
Schweregradienten (Abb. 2 b).
Das Prinzip der Eötvös-Drehwaage wurde in den Jahren nach 1990
dazu benutzt, sehr strenge Limits für die Existenz einer fünften fundamentalen
Wechselwirkung ("Fifth Force") zu bestimmen (neben Gravitation,
elektromagnetischer Wechselwirkung, schwacher und starker Wechselwirkung).
Diese Fünfte Kraft sollte auf inhomogene Massenverteilungen wirken. Mit
Drehwaagen wurde in Gebieten mit starken Schweregradienten (in der Nähe von
Klippen) oder mit zeitlich veränderlichen Masseverteilungen (an Stauseen, die
periodisch gefüllt und geleert werden) experimentiert, und es wurde kein
Unterschied zu den Vorhersagen der Gravitationstheorie gefunden.
Die Coulombsche Drehwaage (Abb. 3) diente als frühes Messinstrument
für elektrostatische Abstossungskräfte zweier gleichnamig geladener, isoliert
aufgehängter Metallkugeln, erkennbar am Ausschlag des Waagebalkens. Heute ist
noch die nach demselben Prinzip aufgebaute magnetische Drehwaage, mit der die
magnetische Suszeptibilität von Probekörpern gemessen werden kann, von
Bedeutung. Hier bewegen in einem Magnetfeld aufgehängte Körper aus dia- oder
paramagnetischem Material einen Drehwaagebalken.

Drehwaage 1: Cavendish-Drehwaage. m und M:
Massen, F: Gravitationskraft.

Drehwaage 2: Eötvös-Drehwaage a) zur Bestimmung eines
horizontalen Schweregradienten; b) zur Bestimmung eines vertikalen
Schweregradienten. m: Massen.

Drehwaage 3: Coulombsche Drehwaage. K1: feste
Metallkugel, K2: drehbare Metallkugel.
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