מאזני פיתול
מאזני פיתול, נקראים גם מטוטלת פיתול, הם כלי מדעי לחישוב כוחות קטנים מאוד. הממציא של מאזני הפיתול הוא שארל-אוגוסטן דה קולון, שפיתח את המאזניים בשנת 1777. גם ג'ון מישל פיתח מאזניים דומות באופן עצמאי לקראת שנת 1783. מאזני הפיתול ידועים בעיקר בגלל השימושים של קולון למדידת כוחות אלקטרוסטטים בין מטענים. קולון השתמש במדידות אלה בשביל להגדיר את חוק קולון. המאזניים תרמו גם להנרי קוונדיש בניסויו למדידת צפיפות כדור הארץ. ניסויים אלו הביאו למציאת קבוע הכבידה במועד מאוחר יותר.
תיאור
מאזני הפיתול מורכבים ממוט התלוי ממרכזו בעזרת סיב דק. הסיב משמש כקפיץ פיתול[1] מאד חלש המנסה להחזיר את המערכת לשיווי משקל. אם מופעל כוח לא ידוע על קצה המוט בזווית ישרה המוט יסתובב עד שהמערכת תגיע לשיווי משקל (הכוח שהסיב מפעיל יהיה שווה לכוח המופעל על המוט), כך הכוח המופעל יהיה פרופורציונלי לזווית בה המוט הסתובב.
חישוב הכוח
כדי לחשב את הכוח הפועל על המאזניים, צריך לדעת את קבוע הקפיץ של הסיב עליו תלוי המוט. הדבר לא קל משום שגודלו של קבוע זה קטן מאוד. קוונדיש עשה זאת על ידי בדיקת התהודה של הסיב. אם נהרוס את מצב השיווי המשקל על ידי כוח חיצוני ולאחר מכן נבודד את המערכת - המערכת תהפוך למתנד הרמוני בעלת תדירות התלויה בקבוע הקפיץ של הסיב – כך ניתן למצוא את קבוע הקפיץ. לאחר מציאת קבוע הקפיץ חישוב הכוח הוא עניין של מכניקה פשוטה.
דוגמה לשימוש
קולון השתמש במאזני פיתול למדידת כוחות אלקטרוסטטים בין מטענים. בניסויו של קולון, המוט היה מוט מבודד עם כדור מצופה מתכת בצד אחד. הכדור על המוט הוטען במטען אלקטרוסטטי ידוע מראש. הביאו כדור חדש טעון במטען בעל אותו סימן לקרבת הכדור שעל המוט והמוט הסתובב בזווית מסוימת (המטענים דחו אחד את השני). על ידי חישוב הזווית קולון היה יכול לחשב את כוח הדחייה בין הכדורים במטענים שונים במרחקים שונים וכך הגיע לחוק קולון.
לקריאה נוספת
- Cavendish, H. (1798), "Experiments to determine the Density of the Earth", in MacKenzie, A.S., Scientific Memoirs, Vol.9: The Laws of Gravitation, American Book Co., 1900, pp. 59–105
- Charles Augustin de Coulomb, 6, Werner Co., 1907, p. 452