Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.

Для наблюдения действующих на магнит сил удобнее всего сделать его свободно вращающимся вокруг вертикальной оси. В обычном компасе это достигается путём балансировки магнита на вертикальном стержне. Чем тоньше остриё стержня, тем меньше момент трения, препятствующий действию магнитной силы. Для более точных наблюдений магнит подвешивается на нити, составленной из незакрученного шёлкового волокна, одиночного или удвоенного в нужное число раз так, чтобы на каждое из параллельных волокон, образующих эту нить, приходилась по возможности одинаковая доля веса. У такой нити сила закручивания намного меньше, чем у металлической проволоки равной натяжённости, и она может быть вычислена через измеряемый азимут магнита, что невозможно в случае силы, возникающей из-за трения об остриё стержня.

Нить подвеса можно поднимать или опускать, поворачивая горизонтальный винт, работающий в неподвижной гайке. Нить намотана вдоль нарезки винта так, что при повороте винта она всегда продолжает висеть вдоль одной и той же вертикальной линии.

К нити подвеса прикреплён небольшой градуированный круг, называемый поворотным кругом, а также хомутик с указателем, который можно совместить с любым наперёд заданным делением на поворотном круге. Форма хомутика позволяет укрепить в нём магнитный брусок так, чтобы ось магнита была горизонтальной и любая из его четырёх поверхностей могла быть обращена кверху.

Рис.13

Для установления нуля угла поворота в хомутик помещается немагнитное тело одинакового веса с магнитом и отмечается положение поворотного круга в равновесии [рис. 13].

Сам по себе магнит - это кусок закалённой стали. Согласно Гауссу и Веберу, его длина должна быть по крайней мере в восемь раз больше максимального поперечного размера. Это необходимо, если наиболее важным соображением считать постоянство магнитной оси в пределах магнита. Когда требуется безинерционность, магнит должен быть короче; для того чтобы наблюдать резкие изменения магнитной силы, лучше даже использовать поперечно намагниченный брусок, подвешенный вертикально ¹.

¹ Joule, Ргос. Phil. Soc., Manchester, Nov. 29, 1864.

450. Магниту придаётся устройство для определения его угловой координаты. Для обычных целей на концах магнита делаются отметки, а под магнитом размещается градуированный круг, по которому их положение считывается глазом, находящимся в плоскости нити подвеса и острия стрелки.

Для более точных наблюдений к магниту прикрепляется плоское зеркальце, нормаль к которому как можно точнее совпадает с осью намагниченности. Этот метод принят Гауссом и Вебером.

При другом методе на одном конце магнита помещается линза, а на другом - шкала, нанесённая на стекло, причём расстояние от линзы до шкалы равно главному фокусному расстоянию линзы. Прямая линия, соединяющая нуль шкалы с оптическим центром линзы, должна как можно точнее совпадать с магнитной осью.

Эти оптические методы определения угловой координаты подвешенного прибора играют важную роль во многих физических исследованиях, поэтому мы здесь рассмотрим их математическую теорию сразу для всех случаев.

Теория зеркального метода

Будем считать, что прибор, угловое положение которого необходимо измерить, может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Обычно этой осью является нить или проволока, на которой он подвешен. Зеркало должно быть настолько плоским, чтобы миллиметровая шкала отчётливо просматривалась при отражении с расстояния в несколько метров.

Нормаль, выходящая из середины зеркала, должна проходить через ось подвеса и быть строго горизонтальной. Мы будем называть её линией визирования (коллимации) прибора.

Грубо установив среднее направление линии визирования для предстоящих экспериментов, поместим на удобном расстоянии перед зеркалом телескоп чуть выше уровня зеркала.

Телескоп может перемещаться в вертикальной плоскости; он направлен в сторону нити подвеса прямо над зеркалом; на линии визирования устанавливается неподвижная отметка на расстоянии от объектива, равном удвоенному расстоянию от него до зеркала. Аппаратуру по возможности следует разместить так, чтобы эта отметка была расположена на стене или на другом неподвижном предмете. Для того чтобы видеть в телескопе одновременно и отметку и нить подвеса, можно надеть на объектив насадку со щелью вдоль вертикального диаметра, снимаемую во время других наблюдений. Затем телескоп регулируется вплоть до получения в его фокусе отчётливого совмещения отметки с вертикальной проволочной риской.