氣體懸浮法測(cè)量球體偏心距.pdf

1、萬(wàn)有引力常數(shù) G是最早被認(rèn)識(shí)和測(cè)量的物理基本常數(shù)之一，但迄今為止，它的測(cè)量精度卻是所有基本常數(shù)中最差的。目前國(guó)際上不同實(shí)驗(yàn)小組測(cè)量的G值在誤差范圍內(nèi)并不吻合，這可能源于不同測(cè)G方法中存在的某些未知的系統(tǒng)誤差。因此，尋找測(cè)G實(shí)驗(yàn)中可能的系統(tǒng)誤差源是各國(guó)物理學(xué)家一直在奮斗的方向。
　　球體是測(cè)G實(shí)驗(yàn)中常用的吸引質(zhì)量之一。由球體的密度分布不均勻?qū)е虑蝮w的質(zhì)心偏離幾何中心，即所謂的偏心距，是測(cè)G實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要的誤差源。本實(shí)驗(yàn)室目前正在進(jìn)行

2、的周期法測(cè) G實(shí)驗(yàn)和角加速度法測(cè) G實(shí)驗(yàn)中使用的吸引質(zhì)量都是球體，為了評(píng)估球體的偏心距對(duì)測(cè)量G值貢獻(xiàn)的誤差需要測(cè)量球體的偏心距。
　　本文對(duì)比分析了各種偏心距測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，選擇用氣體懸浮法來(lái)測(cè)量球體的偏心距。首先，根據(jù)角動(dòng)量定理推導(dǎo)了氣體懸浮法測(cè)量球體偏心距的基本原理，并由氣體潤(rùn)滑理論出發(fā)設(shè)計(jì)了氣浮裝置。其次，設(shè)計(jì)了切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，又進(jìn)一步分析了實(shí)驗(yàn)中的誤差項(xiàng)，并詳細(xì)地討論了實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)主要的干擾力矩：與球體轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān)的

3、氣體粘性剪切力矩，該力矩主要是對(duì)球體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻尼作用和與球體形狀相關(guān)的氣膜支撐力矩。最后，用氣體懸浮法分別對(duì)角速度法測(cè)G實(shí)驗(yàn)和周期法測(cè)G實(shí)驗(yàn)中使用球體的偏心距進(jìn)行了測(cè)量，并根據(jù)球體偏心距的測(cè)量結(jié)果用密度線性分布模型和氣泡模型評(píng)估了其對(duì)測(cè)量 G值貢獻(xiàn)的誤差：角速度法測(cè) G實(shí)驗(yàn)中使用的球體的偏心距測(cè)量結(jié)果約為0.56(58)~1.25(86)μm，其貢獻(xiàn)的誤差約為4.01ppm；周期法測(cè)G實(shí)驗(yàn)中使用的球體的偏心距測(cè)量結(jié)果約為0.23(22)