Bild 1: Cavendish-Experiment in einem der Elektronik-Laborräume unserer Schule

Bild 1 zeigt die Anordnung des Versuchs zur experimentellen Darstellung der Gravitation mit Hilfe einer über das Internet fern­steuerbaren Gravitations­dreh­waage (links) und einer Skala zur opto­elek­tronischen Erfassung der Position des Torsionspendels (rechts) in einem der Laborräume der Heinrich-Emanuel-Merck-Schule in Darmstadt.

Bei der Dreh­waage handelt es sich um ein handelsübliches Modell (Firma Leybold), das von uns mit einem fern­steuer­baren Motorantrieb ausgerüstet wurde (Bild 2). Mit Hilfe des Motors lassen sich die großen Kugeln in die jeweils andere ortsfeste Position drehen. Die Motoransteuerung erfolgt vor Ort über eine Infrarot-Fern­bedienung oder online auf der Seite Versuch starten mit einer browsergestützten Ansteuerung über das Internet. Sobald die großen Kugeln in die jeweils andere Position gedreht worden sind, fängt das Torsionspendel mit den kleinen Kugeln und damit der an dem Torsions­draht befestigte Spiegel an zu schwingen. Der auf den Spiegel gerichtete Laserstrahl wird von diesem als Lichtzeiger auf die Skala (Bild 3) reflektiert und erzeugt dort eine rote Lichtmarke (Leuchtfleck). Die Bewegung der Lichtmarke bildet auf der Skala die Bewegung des Torsionspendels ab (siehe dazu auch Bild 4). 

Die Skala haben wir mit 64 Fototransistoren bestückt, so dass die Position der Lichtmarke auf der Skala und damit die des Pendels in relativ kleinen Schritten optoelektronisch erfasst werden kann. Die daraus erzeugten Messwerte werden den Nutzern nach Beendigung des Versuchs in Form einer Excel-Tabelle zur Verfügung gestellt. Während des Versuchs kann sowohl von dem Versuchsdurchführenden als auch von außenstehenden Interessenten die Bewegung der Lichtmarke auf der Skala mit Hilfe einer der beiden Webcams (Webcam 2) als Livestream und in Form eines Weg-Zeit-Diagramms, das auf der Seite Versuch starten in Echtzeit generiert wird, verfolgt werden.

Sowohl auf die Drehwaage als auch auf die Skala sind Webcams gerichtet, die den Beobachtern hochaufgelöste Live-View-Bilder über den Ablauf des Versuchs zur Verfügung stellen.

Fortsetzung: Mehr über die für die Versuchsdurchführung bedeutsamen Komponenten unseres Cavendish-Experiments erfahren Sie hier. Die mechatronischen und informationstechnischen Details dieser Komponenten sind ausführlich dokumentiert  auf unserer Technik-Seite.

Downloads und Links

• Versuchsanleitung zur Anordnung und Durchführung unseres Online-Versuchs
  
  
• Video-Empfehlung: Wolfgang Rueckner von der Harvard University erläutert in dem Video Cavendish Gravity Experiment sehr anschaulich die Endausschlagmethode mit einer Torsions­drehwaage, die der unseren sehr ähnlich ist.