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

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1、分类号学号M201270172学校代码10487密级硕士学位论文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学位申请人：李葭学科专业：精密测量物理指导教师：罗俊教授副指导教师：杨山清副教授答辩日期：2015年05月27日AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhysicsStudyingtheinfluenceofsqueeze-filmdampingtestingtheNewtonianinverse-square-lawatcloserangeinus

2、ingatorsionpendulumCandidate:JiaLiMajor：PrecisionMeasurementPhysicsSupervisor：Prof.JunLuoCo-Supervisor：Ass.Prof.Shan-QingYangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。近我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写

3、过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权数。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日

4、期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文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5子

5、布朗运动力矩噪声的大小。分析给出当容器中的压强值为310Pa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50.34.8%范围内。当容器中的压强值为310Pa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，

6、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I华中科技大学硕士学位论文AbstractGravityisoneofthefourfundamentalinteractionforcesinnature,itisveryweak.Thetorsionpendulumhasbeenwidelyusedinvariousgravityexperime

7、nts.Withthedevelopmentoftechnology,thesensitivityofthetorsionpendulumdetectionishigherandhigher,inthesegravitationalexperimentsvariousnoiseshavebecometheimportantfactortolimittheimprovementofexperimentalaccuracy,suchasairdamping,electrostaticforce,temperature,magneticfield,vibration

8、andsoon.Thispaperan