Das Grundprinzip von Cavendishs Apparatur ist die Messung kleinster Kräfte durch die Verdrillung eines dünnen Drahtes. Es gibt diverse Durchführungsformen für dieses Experiment.
An einem (gestrichelt gezeichneten) dünnen Draht hängt eine Hantel mit zwei kleinen Bleikugel (jeweils Masse m), die in einer horizontalen Ebene drehbar sind. Beleuchtet man den am Draht befestigten Hohlspiegel mit einem Lichtstrahl, können kleinste Drehwinkel nachgewiesen werden. Den kleinen Bleikugeln der Masse m stehen große Bleikugeln der Masse M gegenüber, es kommt aufgrund der Gravitation zu einer kleinen Anziehungskraft.
Verändert man die Position der großen Bleikugeln, wie es in der Animation in Abb. 4 dargestellt ist, so wirken die Gravitationskräfte auf die kleinen Kugeln gerade in die umgekehrte Richtung, die Hantel setzt sich in Bewegung und führt eine Schwingung durch, die zu Beginn der Bewegung als konstant beschleunigte Bewegung angenähert werden kann.
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Messung der Gravitationskonstanten
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Experimentator
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Jahr
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G in 10-11 N·m2·kg-2
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| Cavendish | 1798 |
6,754
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| Eötvös | 1896 |
6,65
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| Luther | 1982 |
6,6726
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Die Gravitationskonstante kann mit der Drehwaage auch dadurch bestimmt werden, dass man aus der Schwingungsdauer des Drehpendels die Federkonstante des Torsionsdrahts bestimmt und aus dem Winkel zwischen den beiden Endlagen des Drehpendels den Kraftunterschied, der durch Umlegen der großen Massen entsteht. Hierzu benötigt man aber Wissen über die harmonische Schwingung. |
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Die Webseite Bending Spacetime in the basement (by John Walker, Schweiz) zeigt sehr anschaulich, wie Archimedes bereits diesen Versuch hätte durchführen können. Unten sieht man die Ausschnitte aus einem von vier Videos dieser Seite, die in sehr humorvoller Art und mit großem Sachverstand geschrieben ist. Sie weist auch auf nette Art auf die Bedeutung von G hin.
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