Весы, которыми взвесили мир

Пожалуй, одним из самых необычных и странных физических приборов, представленных в Музее-лаборатории Е.К.Завойского, являются крутильные весы Кулона. Их внешний вид — большая цилиндрическая стеклянная колба с длинной трубкой сверху — никак не соотносятся с нашими понятиями о весах. На весах мы обычно что-то взвешиваем. А с помощью таких весов разве можно что-то взвесить? Как оказалось, можно! И взвесили с их помощью ни много, ни мало, а нашу Землю! Вы удивлены как? Сейчас всё разберём по порядку.

Французский военный инженер Шарль Огюстен Кулон, проектировавший фортификационные сооружения для французской армии, кроме своих непосредственных обязанностей занимался научными исследованиями, в которых объединил прикладную механику, магнетизм и электричество.

Его интересовали вопросы, связанные с силами трения, скольжения и кручения. С этой целью в 1785 году он создал крутильные весы. Это прибор, в котором к вертикальной кварцевой нити подвешен лёгкий уравновешенный стержень, помещённый в непроницаемую для внешних воздействий стеклянную колбу. С помощью такой конструкции Кулон сперва измерял силы закручивания нити и факторы, влияющие на этот процесс, вычисляя таким образом абсолютно уравновешивающее состояние подвешенного стержня. А затем занялся изучением сил притяжения и отталкивания тел, заряженных одинаковыми и разными по знаку зарядами. С этой целью на одном конце подвешенного стержня крепился металлический шар, на другом груз, уравновешивающий его. Когда на этот шар воздействовал электрический заряд от бокового неподвижного заряженного шара, то стержень с шаром, получившим заряд, начинал двигаться в противоположную от бокового заряда сторону, постепенно теряя силу по мере своего удаления и закручивая нить. Движение прекращалось, когда электрическая сила уравновешивалась силой закручивания нити. Также производился опыт с притяжением, когда разно-полярные тела сперва притягивались, касались друг друга, в результате чего заряды тел становились равными и они снова отталкивались друг от друга. Все перемещения стержня фиксировались по времени, сила закручивания нити измерялась с помощью шкалы, нанесённой по всей окружности стенки стеклянной колбы. Из проведённых многочисленных опытов Кулон вывел свой знаменитый закон («Закон Кулона»), который гласит, что чем большим зарядом обладают тела и чем ближе они расположены друг к другу, тем больше сила их отталкивания или притяжения. А если расстояние между этими телами увеличить, то и эта сила станет меньше.

Подобные опыты Кулон проводил и с магнитными телами. Таким образом, Кулон заложил основы электро- и магнитостатики. Для истории физики его эксперименты с крутильными весами имели важнейшее значение, потому что они дали в руки физиков метод определения единицы электрического заряда через величины, которые ранее использовались только в механике: силу и расстояние, что позволило проводить количественные исследования электрических явлений. А поскольку в своих опытах Кулон использовал как магниты, так и электрические заряды, то можно сказать, что с этого момента началась эпоха изучения электромагнетизма, без которого немыслима современная физика.

Вот такие необыкновенные весы изобрёл Кулон.

А про взвешивание Земли вы узнаете в следующем посте.

Автор Е.М. Ставцев