宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理檢驗(yàn)中陀螺旋轉(zhuǎn)的影響.pdf

1、等效原理是愛因斯坦的廣義相對(duì)論的一個(gè)基本假設(shè)，人們已經(jīng)采用多種方法對(duì)等效原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。地面旋轉(zhuǎn)扭秤法和地月測(cè)距方法在10-13精度內(nèi)驗(yàn)證弱等效原理依然成立。但就宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理而言，到目前為止還是一個(gè)開放的課題。本實(shí)驗(yàn)室首次用自由落體激光干涉法檢驗(yàn)了宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理，實(shí)驗(yàn)精度達(dá)到10-7。實(shí)驗(yàn)主要受到陀螺內(nèi)部摩擦耦合的影響，這可通過延長(zhǎng)宏觀旋轉(zhuǎn)物體自由下落時(shí)間來減小陀螺內(nèi)摩擦影響，隨后課題組提出采用宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理的扭秤

2、方案實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。本文正是在這一課題背景基礎(chǔ)上，開展宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理預(yù)先研究，主要開展陀螺旋轉(zhuǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響研究，所做的工作概括如下：（1）對(duì)宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理的扭秤方案進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，著重闡述了旋轉(zhuǎn)地球?qū)πD(zhuǎn)陀螺的科氏力作用對(duì)扭秤系統(tǒng)的影響，并提出了用平衡擺錘產(chǎn)生重力回復(fù)力矩的方法來減小科氏力矩對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。（2）對(duì)旋轉(zhuǎn)陀螺外部空間磁場(chǎng)進(jìn)行了具體的測(cè)量，根據(jù)磁場(chǎng)的方向與大小可以將其等效為通電矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)。通過計(jì)算可知，旋轉(zhuǎn)

3、陀螺產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外界磁場(chǎng)相互作用對(duì)扭秤系統(tǒng)的影響有兩部分，一是沿懸絲方向的力矩，最大為，一是垂直于懸絲方向的力矩，最大為，并且這兩個(gè)力矩均以與陀螺旋轉(zhuǎn)相同的頻率變化。（3）利用光學(xué)原理測(cè)量旋轉(zhuǎn)陀螺角速度隨時(shí)間的衰減，根據(jù)角動(dòng)量定理，可計(jì)算出陀螺轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦力矩。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該摩擦力矩正比于陀螺的角速度，當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)的角速度達(dá)到17000rpm時(shí)，陀螺內(nèi)部摩擦力矩達(dá)到10-4Nm，相對(duì)于檢驗(yàn)效應(yīng)為10-12Nm而言，這一大小對(duì)宏觀