Cavendish experiment

Moderator: physicalattraction

Forumregels
(Middelbare) school-achtige vragen naar het forum "Huiswerk en Practica" a.u.b.
Zie eerst de Huiswerkbijsluiter
Reageer
Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

@WillemB: De gravitatiewerking van de Maan is (ik heb het niet uitgerekend, maar even geschat) veel te zwak om van meetbare invloed te kunnen zijn. Die van de Zon is van vergelijkbare grootte en als er al een invloed was zou je die in een 24 uurs cyclus terug moeten zien, met de grootste afwijking als Zon of Maan op de horizon staan. Maar de 0,3 m afstand tussen beide massa's is zo vreselijk gering t.o.v. de afstand tot de Maan of Zon dat het verschil in gravitatiekracht op de gewichten volstrekt onmeetbaar is.
 
Inmiddels heb ik het kastje ingepakt in isolatiemateriaal met een aluminium buitenlaagje, het geheel samen met de torsiedraad geaard en de gaatjes gedicht:
ingepakt kastje.jpg
ingepakt kastje.jpg (283.92 KiB) 198 keer bekeken
 
De resultaten zijn heel bemoedigend!
 
De wat wilde temperatuursprongen zijn vrijwel weg, en het vreemde sterk oplopen van de torsiehoek is verdwenen. In welke mate het isolatiemateriaal, de kooi van Faraday of het dichtmaken van de 'schoorsteen' debet zijn aan de verbetering weet ik niet. Verder hadden we warme nachten, dus is de temperatuurfluctuatie beperkt gebleven.
 
Inmiddels is een nieuwe meting over 2 x 12 uur gedaan.
Heel belangrijk hierbij is, dat nu de dunnere draad met ongeveer 3 keer zo lage torsieconstante (1,7.10-7 Nm/graad, bijna 10 keer zo gevoelig als de draad van Cavendish) is gebruikt, dus voor een vergelijking met de vorige grafiek moeten in die grafiek met de 0,22 mm 5.10-7 draad de uitslagen ongeveer 3 keer zo groot worden gemaakt voor een eerlijker vergelijking.
Een mogelijke oorzaak van de verbeteringen is de kooi van Faraday; wellicht niet zo zeer om statische ladingen van het glas weg te werken, maar voor de twee temperatuursensoren. Die niet afgeschermde sensoren lijken in een open ruimte vaker onverklaarbare korte uitschieters van enkele tienden van graden te vertonen.
 
2 x 12 uurs meting stabilteit 007 staaldraad in ge
2 x 12 uurs meting stabilteit 007 staaldraad in ge (85.57 KiB) 198 keer bekeken
[sharedmedia=core:attachments:24552]
Links de nieuwe meting, rechts ter vergelijking de vorige met de dikkere draad.
 
Wat natuurlijk opvalt, is dat beide metingen beginnen met een vrij stevige oscillatie van de torsiebalans. Dat heeft m.i. meerdere oorzaken:
 
  • Om de meting te starten moet ik die ruimte in, en dat veroorzaakt trillingen.
  • Ik heb massa. Een simulatie van een massa van 75 kg die willekeurig door die ruimte beweegt en soms de balans tot op 40 cm nadert, geeft een mogelijke uitslag van wel + en - 0,15 graden op de balans. En dan duurt het een aantal uren voor de balans weer zoveel tot rust gekomen is dat de oscillatie in de meetnauwkeurigheid verdwijnt.
  • Wellicht is de sterke temperatuurstijging aan het begin van de metingen ook debet aan de oscillaties. Het was bloedheet, dus voor ik met de metingen begon stonden 's avonds de ramen open. Die heb ik een uurtje tevoren wel gesloten, maar de in het beton opgeslagen warmte was natuurlijk nog lang niet verdwenen. Aan het verloop van de grafieken te zien, acht ik dit echter geen waarschijnlijke oorzaak.
 
Hier een grafiekje van die simulatie:
Simulatie invloed lichaamsmassa bij in de kamer werken.jpg
Simulatie invloed lichaamsmassa bij in de kamer werken.jpg (578.77 KiB) 197 keer bekeken
Een massa van 75 kg beweegt willekeurig door de ruimte en nadert de torsiebalans incidenteel tot op 40 cm. Oscillaties van +/- 9 boogminuten zijn daardoor te verwachten.
 
Ik ga het programmaatje dat de webcam aanstuurt aanpassen, zodanig dat er een mogelijkheid komt om de meting xx uur na de start te laten beginnen.
 
Terzijde: De gevoeligheid is nu zodanig dat ik aan de hand van wat opnamen van oscillatiecurves meen te kunnen zien dat de balans merkbaar van een perfecte sinusbeweging afwijkt door de ongelijke gravitatiewerking van de massa's van de muren (verschillende massa's en afstanden) en die van de zware tafel (120 kg) een ruime meter verderop.
 
Nu nog 20 kg (oud) lood vinden voor een heel zacht prijsje. Iemand een tip?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.
Berichten: 209

Re: Cavendish experiment

Je zou een schroothandel kunnen proberen.

De schrootprijs was vandaag 1,30 per kg volgens het www.

Gebruikersavatar
Berichten: 478

Re: Cavendish experiment

Een paar oude gewichten op de rommel markt ?
Of gewichten van een oude slinger klok ? 
Sinds de uitvinding van tijd, hebben we het niet meer, en kunnen we het ook niet meer vinden.
En wie haast heeft moet langzamer lopen.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

Ik ga eerst even op vakantie, daarna kijk ik verder naar jullie tips.

Wel kan ik al melden dat ook met de drie keer zo gevoelige draad de resultaten van de eerste oscillatiemetingen met een over drie perioden gecumuleerde fout van 78 boogseconden ruim binnen de door mij beoogde foutmarge van +/- 1 boogminuut per periode blijven. De facto een verbetering met een factor 3.
 
Meting 007 op 270517 versus model IP exclusief externe massas.jpg
Meting 007 op 270517 versus model IP exclusief externe massas.jpg (115.21 KiB) 198 keer bekeken
Vergelijking resultaten van een meting met het rekenmodel. Klik voor grotere weergave.

Berichten: 12.153

Re: Cavendish experiment

Dat gaat de goede kant op :)
 
Wat het lood betreft zou je naar de schroothandel kunnen gaan, daar ligt vast genoeg afkomstig van daken en dergelijke. Er zelf gewichten van gieten in de gewenste vorm is niet moeilijk, dat gaat gewoon met een (afgedankte) soeppan op een gasfornuis en een geschikte vorm (holte in zand oid). 
Victory through technology

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

Die gewichten zelf gieten is inderdaad een eitje, de gewichten aan de balans zijn ook van gegoten lood. Dat heb ik in twee onthoofde aluminium haarfoam (of zoiets van een dochter) spuitbussen laten lopen. Ziet het er ook netter uit.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

In bericht #16 schreef ik:
De gravitatiewerking van de Maan is (ik heb het niet uitgerekend, maar even geschat) veel te zwak om van meetbare invloed te kunnen zijn.
Mogelijk is dit voorbarig en onjuist. Ik ga er toch wat aan rekenen, en kom er op terug.

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

Nee, is toch goed gedacht. Ik kom op een afwijking in de buurt van een duizendste van een boogseconde bij nieuwe maan en de meest gunstige oriëntatie t.o.v. de balans.


Berichten: 12.153

Re: Cavendish experiment

Dat zal wel meevallen inderdaad, maar wat bijvoorbeeld als iemand een zware vrachtwagen parkeert in de buurt van de buitenmuur? Zwaartekracht gaat natuurlijk gewoon door de muur heen, en tien ton op 10 meter afstand doet evenveel als een honderd kilo op een meter. 
Victory through technology

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

De meest nabije plek waar een auto kan staan is op meer dan 8 meter van de torsieslinger. En de richting is schuin naar beneden, en alleen de horizontale component van de gravitatiekracht moet genomen worden. Daarbovenop komt dat de richting van die massa t.o.v. de balansarm niet gunstig is.
 
Als ik snel wat kladberekeningen doe, moet een daar geparkeerde auto veel meer dan 400 ton wegen wil hij de balans evenveel verstoren als mijn toekomstige twee testmassa's van 10 kg op 8 cm afstand van de massa's van de torsiebalans. Op genoemde plek staat altijd mijn auto van zeg eens een ton.
 
Later, als ik echt de gravitatieconstante wil gaan meten, zal ik - net als Cavendish - een bepaling doen op grond van een fors aantal metingen op verschillende tijdstippen van de dag.
 
Maar nu eerst een zo goed goed beeld zien te krijgen van de stabiliteit van de arm en van de verstorende invloeden. Een langdurige meting loopt inmiddels, en die ziet er vooralsnog verwarrend uit. Nog 8 dagen geduld.

Berichten: 12.153

Re: Cavendish experiment

Ik ben benieuwd, zou erg fraai zijn als dit lukt. 
 
Voor zover ik weet is het vrij zeldaam het uit te voeren in een gewoon woonhuis. Ergens diep in de kelder van een faculteit is niet zo moeilijk, maar gewoon als demo in je eigen huis is wel bijzonder. 
Victory through technology

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

Praktisch vraagje:
 
Ik ga een isolerend kastje voor een experiment maken. Materiaal 4 cm dik Eps, R-waarde: 1,05 m2 K/W.
Nu wil ik het precieze energieverlies weten bij 1 K temperatuurverschil (binnen > buiten)
De binnenmaten van het kastje zijn 50*50*25 en het binnenoppervlak van het kastje is dus precies 1 m2
De buitenmaten zijn dus 58*58*33 cm en het buitenoppervlak dientengevolge een stuk groter: 1,438 m2
Met welk oppervlak moet ik nu rekenen voor het energieversies:
 
- binnenoppervlak (lijkt mij niet logisch)
- buitenoppervlak (idem)
- gemiddeld oppervlak (1,219 m2) ?
- oppervlak halverwege de isolatielaag (1,2096 m2) ?
- anders ?

Berichten: 902

Re: Cavendish experiment

Ik weet het ook niet echt, maar als de R waarde die van de isolatielaag is lijkt het mij logisch dat het dan die 1,2096 m2 meter zou moeten worden.
Bij een samengestelde R waarde echter (elke component van een ontwerp heeft een eigen waarde) zou je dan volgens mij het gemiddelde oppervlak moeten nemen.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.289

Re: Cavendish experiment

Strikt genomen moet je rekenen met het Logaritmisch Gemiddelde (Logarithmic Mean) van binnen- en buitenoppervlak.
 
https://en.wikipedia.org/wiki/Logarithmic_mean

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.586

Re: Cavendish experiment

Thanks!

Reageer