扭秤检验近距离牛顿反平方定律实验中的压膜阻尼影响研究

发布时间：2017-07-31 07:46

  本文关键词：扭秤检验近距离牛顿反平方定律实验中的压膜阻尼影响研究

  更多相关文章： 牛顿反平方定律检验 压膜阻尼 气体分子布朗运动力矩噪声 数值模拟 弹性力 扭转系数

【摘要】：引力是自然界中四种基本相互作用力之一,它是一种非常微弱的力。精密扭秤是一种优秀的弱力测量工具,它被广泛地应用于各种引力实验。随着技术的发展精密扭秤的探测灵敏度也越来越高,在这些引力实验中各种各样的噪声成为了限制实验精度的重要因素,这些影响因素有:空气阻尼、静电力、温度、磁场、振动等等。本文分析了亚毫米范围牛顿反平方定律检验实验中的压膜阻尼问题,即气体分子布朗运动产生的力矩噪声。处于真空中的扭秤会受到残余气体的碰撞而引起能量的损失,增加扭秤的噪声。本文首先定量地计算了在实验过程中处于孤立空间下扭秤受到气体分子布朗运动力矩噪声的大小。分析给出当容器中的压强值为3 105Pa??时,孤立空间下的扭秤受到气体分子布朗运动力矩噪声不占主导作用。其次,定量地计算了小空间下的扭秤受到气体分子布朗运动力矩噪声的大小。为了更加清楚地了解气体分子布朗运动的特性,对气体分子与小空间下扭秤的碰撞过程进行了数值模拟,得到气体分子布朗运动力矩噪声的模拟结果与理论结果吻合,相对偏差在0.3?4.8%范围内。当容器中的压强值为3 105 Pa??时,对于小空间下钨丝悬挂的扭秤,当扭秤与膜的间隔小于25μm时气体分子布朗运动力矩噪声大于Q值为2500的钨丝结构阻尼热噪声理论值要大。换用石英丝悬挂的扭秤时,当扭秤与膜的间隔小于150μm时气体分子布朗运动力矩噪声大于Q值为50000的石英丝结构阻尼热噪声理论值要大。这些研究工作为下一步用更高精度扭秤检验近距离牛顿反平方定律的想法提供指导。
【关键词】：牛顿反平方定律检验 压膜阻尼 气体分子布朗运动力矩噪声 数值模拟 弹性力 扭转系数
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH823
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 选题背景12-14
• 1.2 扭秤实验中的气体阻尼问题14-21
• 1.3 论文的主要工作21-22
• 2 气体分子阻尼对孤立空间下扭秤的影响22-36
• 2.1 概述22-24
• 2.2 孤立空间下的气体分子阻尼模型24-31
• 2.3 气体分子阻尼对反平方实验中孤立空间下扭秤的影响31-34
• 2.4 本章小节34-36
• 3 压膜阻尼对反平方实验中扭秤噪声的影响36-61
• 3.1 概述36-38
• 3.2 小空间下的压膜阻尼模型38-51
• 3.2.1 逃逸时间理论表达式41-45
• 3.2.2 用Monte Carlo方法模拟逃逸时间45-51
• 3.3 分析压膜阻尼对反平方实验中扭秤噪声的影响51-55
• 3.4 压膜阻尼对扭转系数K的影响55-59
• 3.5 本章小节59-61
• 4 总结与展望61-70
• 4.1 总结61-62
• 4.2 展望62-70
• 4.2.1 理想平行板电容器模型下静电力对扭秤的影响63-65
• 4.2.2 考虑Patch Effect模型时静电力对扭秤的影响65-68
• 4.2.3 小结68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 附录Ⅰ76-79
• 附录Ⅱ79-80
• 附录Ⅲ80

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本文编号：598092