引力常量,是物理学术语,单位为N·m²/kg²。[1]

万有引力指两个有质量的物体之间的吸引力,要完全确定力与质量、距离的关系,要涉及到一个系数,即引力常量。卡文迪许对引力常量的精确测量,使万有引力定律有了真正实用的价值。

中文名

引力常量

外文名

Gravitational constant

别名

万有引力常量

表达式

G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2

提出者

艾萨克·牛顿

提出时间

18-19世纪

应用学科

物理学

适用领域

物理学;天文学

测出者

亨利·卡文迪许

测量史

万有引力常量的数值为

。牛顿发现万有引力定律后,引力常量G这个数值到底是多少,连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量,测出两个物体间距离,再测出物体间的引力,代入万有引力定律,就可以测出这个常量。但因为一般物体的质量太小了,它们之间的引力无法测出,而天体的质量太大了,又无法测出质量。所以,万有引力定律发现100多年后,万有引力常量仍无法给出准确结果,也就是说,万有引力公式仍不能是一个完善的等式。直到100多年后,英国人卡文迪许利用扭秤,才巧妙测出这个常量。其测出引力常量的实验也被称为测量地球重量的实验。

测定

引力常量测定

牛顿得出行星对太阳的引力关系时,曾渗入了一些假定因素。卡文迪许(Henry Cavendish)在对一些物体间的引力进行测量并算出引力常量G后,又测量了多种物体间的引力,所得结果与利用引力常量G按万有引力定律计算所得的结果相同。所以,引力常量的普适性成为万有引力定律正确的见证。

右图是卡文迪许扭秤模型。这个扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架,把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力,石英丝就会扭转一个角度。力越大,扭转的角度也越大。反过来,如果测出T形架转过来的角度,也就可以测出T形架两端所受力的大小。先在T形架的两端各固定一个小球,再在每个小球的附近各放一个大球,大小两个球间的距离是可以较容易测定的。

根据万有引力定律,大球会对小球产生引力,T形架会随之扭转,只要测出其扭转的角度,就可以测出引力的大小。当然由于引力很小,这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢?卡文迪许在T形架上装了一面小镜子,用一束光射向镜子,经镜子反射后的光射向远处的刻度尺,当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时,刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样,就起到一个化小为大的效果,通过测定光斑的移动,测定了T形架在放置大球前后扭转的角度,从而测定了此时大球对小球的引力。

卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律,并测定出引力常量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。

卡文迪许的试验意义重大,它可以测定地球表面物体重力加速度,测地球质量,证明了万有引力的存在,使万有引力定律有了真正实用的价值。