本文關(guān)鍵詞：扭秤檢驗(yàn)近距離牛頓反平方定律實(shí)驗(yàn)中的壓膜阻尼影響研究

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【摘要】：引力是自然界中四種基本相互作用力之一,它是一種非常微弱的力。精密扭秤是一種優(yōu)秀的弱力測量工具,它被廣泛地應(yīng)用于各種引力實(shí)驗(yàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展精密扭秤的探測靈敏度也越來越高,在這些引力實(shí)驗(yàn)中各種各樣的噪聲成為了限制實(shí)驗(yàn)精度的重要因素,這些影響因素有:空氣阻尼、靜電力、溫度、磁場、振動(dòng)等等。本文分析了亞毫米范圍牛頓反平方定律檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中的壓膜阻尼問題,即氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力矩噪聲。處于真空中的扭秤會受到殘余氣體的碰撞而引起能量的損失,增加扭秤的噪聲。本文首先定量地計(jì)算了在實(shí)驗(yàn)過程中處于孤立空間下扭秤受到氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲的大小。分析給出當(dāng)容器中的壓強(qiáng)值為3 105Pa??時(shí),孤立空間下的扭秤受到氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲不占主導(dǎo)作用。其次,定量地計(jì)算了小空間下的扭秤受到氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲的大小。為了更加清楚地了解氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)的特性,對氣體分子與小空間下扭秤的碰撞過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲的模擬結(jié)果與理論結(jié)果吻合,相對偏差在0.3?4.8%范圍內(nèi)。當(dāng)容器中的壓強(qiáng)值為3 105 Pa??時(shí),對于小空間下鎢絲懸掛的扭秤,當(dāng)扭秤與膜的間隔小于25μm時(shí)氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲大于Q值為2500的鎢絲結(jié)構(gòu)阻尼熱噪聲理論值要大。換用石英絲懸掛的扭秤時(shí),當(dāng)扭秤與膜的間隔小于150μm時(shí)氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲大于Q值為50000的石英絲結(jié)構(gòu)阻尼熱噪聲理論值要大。這些研究工作為下一步用更高精度扭秤檢驗(yàn)近距離牛頓反平方定律的想法提供指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：牛頓反平方定律檢驗(yàn) 壓膜阻尼 氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)力矩噪聲 數(shù)值模擬 彈性力 扭轉(zhuǎn)系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH823
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 選題背景12-14
• 1.2 扭秤實(shí)驗(yàn)中的氣體阻尼問題14-21
• 1.3 論文的主要工作21-22
• 2 氣體分子阻尼對孤立空間下扭秤的影響22-36
• 2.1 概述22-24
• 2.2 孤立空間下的氣體分子阻尼模型24-31
• 2.3 氣體分子阻尼對反平方實(shí)驗(yàn)中孤立空間下扭秤的影響31-34
• 2.4 本章小節(jié)34-36
• 3 壓膜阻尼對反平方實(shí)驗(yàn)中扭秤噪聲的影響36-61
• 3.1 概述36-38
• 3.2 小空間下的壓膜阻尼模型38-51
• 3.2.1 逃逸時(shí)間理論表達(dá)式41-45
• 3.2.2 用Monte Carlo方法模擬逃逸時(shí)間45-51
• 3.3 分析壓膜阻尼對反平方實(shí)驗(yàn)中扭秤噪聲的影響51-55
• 3.4 壓膜阻尼對扭轉(zhuǎn)系數(shù)K的影響55-59
• 3.5 本章小節(jié)59-61
• 4 總結(jié)與展望61-70
• 4.1 總結(jié)61-62
• 4.2 展望62-70
• 4.2.1 理想平行板電容器模型下靜電力對扭秤的影響63-65
• 4.2.2 考慮Patch Effect模型時(shí)靜電力對扭秤的影響65-68
• 4.2.3 小結(jié)68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 附錄Ⅰ76-79
• 附錄Ⅱ79-80
• 附錄Ⅲ80

【相似文獻(xiàn)】

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1 何艷;涂良成;;檢驗(yàn)庫侖反平方定律實(shí)驗(yàn)中接觸勢的影響[J];湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年04期

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本文編號：598092