Резюме.

Впервые проведены длительные однородные наблюдения за поведением сверхлегких крутильных весов (СКВ) с целью изучения колебаний стрелки в течение суток. В процессе непрерывной записи показаний крутильных весов, снабженных автоматической системой регистрации данных, обнаружен суточный цикл переменности сигнала, вызывающего поворот коромысла весов. Особенность сигнала в том, что он четко связан с суточным движением Солнца, но его графическое отображение имеет форму, далекую от синусоиды, и уверенно может быть представлено двумя фазами: активной и пассивной. Активная фаза начинается в момент восхода Солнца и заканчивается с его заходом.

Предварительный анализ наблюдательных данных указывает на то, что суточная переменность показаний крутильных весов не связана с изменениями температуры, давления, условиями освещенности, гравитационным воздействием Солнца, состоянием ионосферы над местом наблюдения, приливным действием Луны и некоторыми другими возможными причинами.

Учет обнаруженного эффекта может оказаться принципиально важным при проведении экспериментов, уточняющих величину гравитационной константы G, поскольку не исключено, что влияние обнаруженного сигнала может искажать показания тех приборов, приемной частью которых служат крутильные весы.

Поскольку ранее было отмечено, что такие же по конструкции сверхлегкие СКВ четко реагируют на солнечные и лунные затмения, независимо от того, видны ли эти феномены в месте проведения наблюдений, высказано предположение, что природа имеет отношение к неизученным особенностям солнечной радиации.

ВВЕДЕНИЕ

Крутильные весы применяются в физических исследованиях с 18 века, когда в 1785 году французский физик Ш. Кулон, пользуясь ими, установил названный его именем закон взаимодействия электрических зарядов. С помощью крутильных весов английским физиком Кавендишем в самом конце того же века было определено значение константы всемирного тяготения G. Этот исключительно чувствительный прибор эффективно используется и в наше время при изучении т.н. «сверхслабых взаимодействий» в биологии и связанных с нею дисциплинах, а также в физике для уточнения константы G, где для повышения точности результатов используются весы со все большими значениями гравирующих масс. Так, в одном недавнем швейцарско-американском эксперименте по уточнению величины G подвижная часть весов состояла из цистерны с ртутью массой около 16 тонн (!) [1].

В противоположность существующей тенденции к увеличению габаритов КВ с целью повышения их точности, в нашей работе используются миниатюрные СКВ: масса подвижной части не превышает 0.5 грамма. Краткое описание таких СКВ, использованных во время визуальных и автоматизированных наблюдений, можно найти в работах [2] и [3] соответственно.

Данная работа основана на автоматических измерениях c СКВ, проведенных в разное время, с разными системами регистрации, выполненных в разных местах в условиях различного окружения.

ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТАРИЯ

В наших экспериментах использовались СКВ, мобильная часть которых по массе не превышает полграмма. Коромысло (или стрелка) весов - это соломинка длиной 110 мм, на одном конце которой (короткое плечо l ) подвешен свинцовый груз массой М чуть более 400 мг. На длинном плече L , масса которого m, укреплен мобильный маркер. При взгляде сверху он проецируется на круговую отсчетную шкалу, прикрепленную к нижней грани корпуса СКВ. Коромысло с противовесом подвешено на нити из кокона тутового шелкопряда, длиной около 130 мм и средним диаметром d около 25 мкм. В этом случае приборная константа кручения Сt, определяемая как

Ct ~ ( l/d )² ≈ 200 000

имеет достаточно большое значение. Кроме того, такая конструкция обеспечивает относительно большой коэффициент асимметрии КА,

КА = L/l

который в нашем случае приближался к значению 25-30.

По условию равенства моментов на коротком и длинном плечах

m*L = M*l

система не чувствительна к изменению гравитационного потенциала в том смысле, что горизонтальная составляющая силы гравитации может лишь сместить центр масс подвесной части, но не может повернуть стрелку прибора.

Описанная мобильная часть СКВ находится внутри корпуса. Корпус СКВ представляет собой прозрачный параллелепипед размером 24 х 24 х 18 см³, изготовленный из стекла толщиной 2 мм. В центре верхней грани параллелепипеда крепилась нить подвеса (обычно нить кокона тутового шелкопряда или синтетическая фильерная нить), которая несла на себе подвижное коромысло. Для герметизации внутреннего объема корпуса (с целью исключения влияния движений наружного воздуха и влияния влажности) ребра стеклянного параллелепипеда обрабатывались изнутри силиконовым герметиком, а снаружи проклеивались липким скочем.

В наших экспериментах такая конструкция СКВ использовалась с тремя разными системами регистрации:

• Ф\Э устройство с круговой фотодиодной линейкой.
• Регистрация положения стрелки СКВ с помощью ТВ-камеры;
• Использование с той же целью WEB-камеры.

Подробное описание прибора с круговой фотодиодной линейкой приведено в работе [3]. В нижней грани корпуса прибора по кругу сделаны 64 отверстия, внутри которых установлены фотодиоды, собранные по специальной схеме. Подвижная часть СКВ подвешена над этой круговой фотодиодной линейкой так, что свет от коллимированного источника, падающий вертикально вниз, создает на площадке тень от коромысла СКВ.

Ширина тени коромысла за счет прикрепленного к коромыслу непрозрачного лепестка выбирается такой, чтобы тень всегда перекрывала апертуру одного или двух соседних фотодиодов. Электронная схема переводит порядковый номер закрытого фотодиода в угловую меру и записывает в память компьютера угол и соответствующий момент времени. Корпус прибора ориентировался в пространстве таким образом, чтобы фотодиод с номером 0 всегда был обращен к точке юга. Эта система регистрации, реализованная в приборах Avt_1 и Avt_2, обладает высокой помехоустойчивостью, надежностью в работе, но дает недостаточно высокое угловое разрешение – около 5°.

2. Схема регистрации, основанная на использовании ТВ-камеры совсем проста. Над крутильными весами юстировалась ТВ-камера, сопряженная с компьютером, который через заранее заданные интервалы времени (обычно 1 или 10 минут) записывал в память компьютера изображение круговой градусной шкалы СКВ со спроецированной на нее стрелкой крутильных весов. Наблюдатель по окончании наблюдений просматривал последовательные изображения и вручную считывал с них показания. Этот метод позволял снимать отсчеты с точностью 1-2°.

3. На рис.1 приведена схема системы автоматической регистрации показаний СКВ, основанная на использовании WEB-камеры. В этой схеме не используется круговая отсчетная шкала. Вместо неё на нижней квадратной грани корпуса СКВ в двух противоположных углах этого квадрата, симметрично относительно его центра «О» приклеивались 2 белые метки «S» и «N» . За счет поворота корпуса весов эти метки можно было сориентировать так, что соединяющая их линия совпадала с направлением географического меридиана.

формате PDF (289Кб)