氣體懸浮法測量球體偏心距.pdf

1、萬有引力常數(shù) G是最早被認識和測量的物理基本常數(shù)之一，但迄今為止，它的測量精度卻是所有基本常數(shù)中最差的。目前國際上不同實驗小組測量的G值在誤差范圍內并不吻合，這可能源于不同測G方法中存在的某些未知的系統(tǒng)誤差。因此，尋找測G實驗中可能的系統(tǒng)誤差源是各國物理學家一直在奮斗的方向。
　　球體是測G實驗中常用的吸引質量之一。由球體的密度分布不均勻導致球體的質心偏離幾何中心，即所謂的偏心距，是測G實驗中一個重要的誤差源。本實驗室目前正在進行

2、的周期法測 G實驗和角加速度法測 G實驗中使用的吸引質量都是球體，為了評估球體的偏心距對測量G值貢獻的誤差需要測量球體的偏心距。
　　本文對比分析了各種偏心距測量方法的優(yōu)缺點后，選擇用氣體懸浮法來測量球體的偏心距。首先，根據(jù)角動量定理推導了氣體懸浮法測量球體偏心距的基本原理，并由氣體潤滑理論出發(fā)設計了氣浮裝置。其次，設計了切實可行的實驗方案，又進一步分析了實驗中的誤差項，并詳細地討論了實驗中兩個主要的干擾力矩：與球體轉動速度有關的

3、氣體粘性剪切力矩，該力矩主要是對球體運動產(chǎn)生阻尼作用和與球體形狀相關的氣膜支撐力矩。最后，用氣體懸浮法分別對角速度法測G實驗和周期法測G實驗中使用球體的偏心距進行了測量，并根據(jù)球體偏心距的測量結果用密度線性分布模型和氣泡模型評估了其對測量 G值貢獻的誤差：角速度法測 G實驗中使用的球體的偏心距測量結果約為0.56(58)~1.25(86)μm，其貢獻的誤差約為4.01ppm；周期法測G實驗中使用的球體的偏心距測量結果約為0.23(22)