LEYBOLD 332 101 User manual

Physik Chemie ⋅Biologie Technik LEYBOLD DIDACTIC GMBH
6/95-Pr/Sf-
Gebrauchsanweisung 332 101
Instruction Sheet
The device can be used to demonstrate the gravitational
attractive force between masses and to determine the gra-
vitational constant
f .
Measurement principle (Fig.1)
The static equilibrium (position I) of a torsion pendulum with a
period of approx. 10 min. is disturbed by a change in position
of the outer masses
m
1, which affect the dumbbell-shaped
pendulum body. The oscillations become damped and the
pendulum takes up a new equilibrium position (position 2). The
angle between the two positions is a measure of the active
gravitational force.
The oscillation of the pendulum, which is equipped with a con-
cave mirror, is indicated by a light pointer. This is possibleusing
- visible light directly on a mm-scale or
- infrared light along with the IR position detector (332 11).The
latter enables the measurement values to be plotted or
evaluated bycomputer.
The gravitational constant
f can be obtained from the oscillation
curve with respect to time, the mass
m
1and the geometry of the
arrangement using either the end deflection method or (in a
quicker process) the acceleration method.
In the
end deflection method the torsion pendulum period T and
the distance
S separating the light pointer positions are evaluated
for the two equilibrium positions:
f =π2⋅
b 2⋅ d ⋅ S
m
1⋅
T 2⋅ L
(I)
In the
acceleration method , the acceleration of the torsion
pendulum
a = 2 s / t
2is evaluated using the masses
m
1after the
equilibrium position has been disturbed:
f =
S ⋅ d ⋅ b 2
2 m
1⋅
t 2⋅ L
(II)
Das Gerät dient zur Demonstration der durch Gravitationskräfte
verursachten Massenanziehung und zur Bestimmung der Gra-
vitationskonstanten
f .
Meßprinzip (Fig.1)
Ein Torsionspendel mit einer Schwingungsdauer von etwa
10 min wird durch eine Positionsänderung der äußeren Massen
m
1, die auf den hantelförmigen Pendelkörper wirken, in seinem
statischen Gleichgewicht (Stellung I) gestört; es führt gedämpfte
Schwingungen aus und schwingt in eine neue Gleichgewichtsla-
ge (Stellung II) ein. Der Winkel zwischen beiden Gleichgewichtsla-
gen ist ein Maß für die wirksame Gravitationskraft.
Die Schwingung des Pendels, an dem ein Hohlspiegel ange-
bracht ist, wird durch eine Lichtmarke angezeigt, wahlweise
- mit sichtbarem Licht direkt auf einer mm-Skala oder
- mit Infrarot-Licht unter Verwendung des IR-Position-De-
tectors (332 11), der eine Schreiberaufzeichnung oder eine
computerunterstützte Meßwerterfassung ermöglicht.
Aus dem zeitlichen Verlauf der Schwingung, der Masse
m
1und
der Geometrie der Anordnung ermittelt man die Gravitationskon-
stante
f entweder nach der Endausschlagmethode oder (bei ver-
kürztem Meßverfahren) nach der Beschleunigungsmethode.
Bei der
Endausschlagmethode werden die Schwingungsdau-
er
T des Torsionspendels und der Abstand S zwischen den
Lichtzeigerpositionen für die beiden Gleichgewichtslagen aus-
gewertet:
f =π2⋅
b 2⋅ d ⋅ S
m
1⋅
T 2⋅ L
(I)
Bei der Beschleunigungsmethode wird die Beschleunigung
a = 2 s / t
2des Torsionspendels nach der Störung seiner Gleich-
gewichtslage durch die Massen
m
1ausgewertet:
f =
S ⋅ d ⋅ b 2
2 m
1⋅
t 2⋅ L
(II)
Gravitations-Drehwaage
Gravitation Torsion balance
Fig. 1
Gravitations-Drehwaage (332 101) sowie schematische Dar-
stellung zum Meßprinzip
Gravitation torsion balance (332 101) and schematic diagram
of measuring principle

1 Sicherheitshinweise
2 Beschreibung, technische Daten, Lieferumfang
(siehe Fig. 2)
1 Metallgehäuse(∅15cm),mitMetallringundGlasabdeckungen;
zweiteilige Blende (1.1) zur Verminderung störender Kon-
vektionen zwischen Gehäuse und Schutzrohr 2
2 Schutzrohr (25 cm lang) für Torsionsband 4
3 Torsionskopf mit Pendelhalter, bei gelockerter Schraube (3.1)
drehbar zur Justierung der Gleichgewichtslage des Pendels;
Pendelhalter mit Madenschraube (3.2) fixiert
Wichtig!
Rändelschraube (3.1) nur lösen, wenn eine Nullpunktju-
stierung gemäß Abschnitt 3.5 erforderlich ist.
Madenschraube (3.2) nur lösen beim Austausch des
Torsionsbandes gemäß Abschnitt 4.
4 Torsionsband aus Bronze, 26 cm lang
Ersatzteil-Nr: 683 21
5 hantelförmiger Pendelkörper, bestehend aus 2 Bleikugeln (5.1)
auf Metallstab
6 Hohlspiegel für Lichtmarken-Anzeige der Pendelbewegung
1 Safety notes
2 Description, technical data, scope of supply
(see Fig. 2)
1 Metal housing (15 cm dia.), with metal ring and glass covers;
two-part slide (1.1) to prevent interference from convection
currents between the housing and protective tube (2)
2 Protective tube (25 cm long) for torsion band 4
3 Torsion head with pendulum holder,
can be rotated for adjustment of the pendulum equilibrium
position when screw has been loosened (3.1);
pendulum holder fixed with grub screw (3.2)
Important!
Do not loosen the knurled screw (3.1) unless it is essential
to carry out a zero-point adjustment in accordance with
section 3.5. Only loosen the grub screw (3.2) when the
torsion band is being replaced as described in section 4.
4 Torsion band made from bronze, 26 cm long
Spare part no.: 683 21
5 Dumbbell-shaped pendulum body, consisting of 2 lead balls
(5.1) on a metal rod
Das empfindliche Bronzeband des Torsionspendels vor un-
kontrollierter mechanischer Belastung schützen:
- Arretierschrauben 7 für das Schwingungssystem - siehe
Fig. 2 - erst lösen, wenn das Gerät ordnungsgemäß mon-
tiert und in Versuchsposition gebracht ist.
- Schwingungssystem stets arretieren, wenn das Gerät
nicht benutzt wird; Arretierung insbesondere beim Trans-
port und bei der Montage sicherstellen.
Rändelschraube (3.1) - siehe Fig. 2 - zur Fixierung des bei
Lieferung vorjustierten Torsionskopf nur dann geringfügig
lockern, wenn nach ordnungsgemäßer Montage der
Drehwaage bei deren Inbetriebnahme eine Feinjustierung
des Nullpunktes erforderlich sein sollte.
Madenschraube (3.2) - siehe Fig. 2 - zur Fixierung des Pen-
delhalters nur lösen beim Austausch des Torsionsbandes
gemäß Abschnitt 4.
Fig.2
Gravitations-Drehwaage.
Gravitation torsion balance
Protect the sensitive bronze band of the torsion pendulum
from uncontrolled mechanical loading:
- Do not unscrew the oscillating system’s locking screws 7
- see Fig. 2 - before the device has been correctly
assembled and brought into position.
- Always lock the oscillating system when the device is not
in use. In particular, make sure it is locked during trans-
port and assembly.
The knurled screw (3.1) - see Fig. 2 - for fixing the torsion
head (preadjusted on delivery) is only to be slightly
loosened if a fine adjustment of the zero point proves
necessary on putting the correctly-assembled torsion balance
into operation. The grub screw (3.2) - see Fig. 2 - for fixing
the pendulum holder is only to be loosened when replacing
the torsion band as described in section 4.
2

Brennweite f ca. 30 cm
7 Schrauben zur Arretierung des Pendelkörpers 5 durch Fe-
derpaar (7.1)
8 Paar große Bleikugeln
Ersatzteil-Nr. für 1 Kugel: 683 22
9 Kugelträger, um Stativstange B schwenkbar, zur versuchs-
gerechten Anordnung der großen Bleikugeln 8
A Auflagering mit Fixierschraube (10.1) für Kugelträger
B Stativstange (9 cm x 1,2 cm ∅) zu Aufbau des Gerätes in
Stativmaterial
Im Lieferumfang enthalten:
1 m selbstklebendes Skalenband mit cm- und mm-Teilung
Versuchswichtige Daten (siehe Fig. 1):
Gehäusetiefe: 30 mm
Torsionspendel
Schwingungsdauer: etwa 10 min
Durchmesser / Masse
m
2einer Bleikugel (5.1):
15 mm / 20 g
Abstand d eines Kugelmittelpunktes zur Drehachse: 50 mm
Durchmesser / Masse
m
1einer großen Bleikugel
8 :
64 mm / 1.5 kg ±5 g
Abstand b zwischen den Mittelpunkten der goßen Kugel (bei
Gehäuseberührung) und der kleinen Kugel (in Nullage): 47 mm
3 Bedienung
Wichtig !
Zufriedenstellende Versuchsergebnisse werden nur dann
erzielt, wenn das Torsionspendel einwandfrei justiert ist
und wenn die durch die Massenanziehung bewirkten Tor-
sionsschwingungen durch keine unerwünschten Pendel-
bewegungen beeinträchtigt werden.
Das Pendel reagiert sehr empfindlich auf Erschütterun-
gen, die auf die Versuchsanordnung übertragen werden.
Ein stabiler Aufbau an einer festen Wand oder auf einem
schweren Tisch ist daher unerläßlich.
Temperaturschwankungen bewirken im Gehäuse der
Drehwaage Konvektionen, die zu unerwünschten Bewe-
gungen (s. Fig. 6) des Torsionspendels führen.
Deshalb ist der Experimentierplatz so zu wählen, daß die
Drehwaage keiner Sonneneinstrahlung und keinen Luftbe-
wegungen ausgesetzt ist.
3.1 Zusätzlich erforderliche Geräte
3.1.1. Schwingungsanzeige durch (sichtbare) Lichtmarke
auf einer mm-Skala
1 Lampengehäuse 450 60
1 Lampe, 6 V, 30 W 450 51
1 asphärischer Kondensor (mit 1-mm-Spaltblende) 460 20
1 Wechselspannungsquelle, 6 V, 30 W z.B 562 73
1 Rollbandmaß 311 77
1 Stoppuhr z.B. 313 05
1 Schwebemagnet 510 44
Wand-Aufbau (siehe Fig. 3)
1 Großer Stativfuß 300 01
1 Paar Stellschrauben 301 06
1 Leybold-Muffe 301 01
1 Drehmuffe 301 03
1 Stativstange, 47 cm 300 42
Montagehilfen und -zubehör:
Bohrmaschine, Steinbohrer, Dübel (6 mm)
Tisch-Aufbau
1 Optische Bank mit Normalprofil, 1 m 460 32
2 Optikreiter z. B. 460 351
6 Concave mirror for light pointer indication of pendulum motion
Focal length f approx.30 cm
7 Screws for locking the pendulum body 5 using pair of
springs (7.1)
8 Pair of large lead balls
Spare part no. for 1 ball: 683 22
9 Ball carrier, can be rotated around stand rod B , for correct
experimental arrangement of the large lead balls 8
A Supporting ring with fixing screw (10.1) for ball carrier
B Stand rod (9 cm x 1.2 cm dia.) for assembly of the device in
stand material
Included in scope of supply:
1 m self-adhesive scale tape with cm and mm divisions
Important experimental data (see Fig. 1):
Housing depth: 30 mm
Torsion pendulum
Period: approx. 10 min
Diameter / mass
m
2of a lead ball (5.1):
15 mm / 20 g
Distance d between the center of a ball and the axis of
rotation: 50 mm
Diameter / mass
m
1of a large lead ball
8 :
64 mm / 1.5 kg ±5 g
Distance
b betweenthecenterofthelargeball(whencontactis made
with housing) andthe small ball(inthe equilibriumposition):47mm
3Operation
Important !
Satisfactory experiment results are only possible when
the torsion pendulum has been properly adjusted and
the torsion oscillations produced by attraction between
the masses are not affected by unwanted pendulum move-
ments. The pendulum is very sensitive to any disturbance
of the experiment setup: make sure that the experiment se-
tup is absolutely stable, e.g. by attaching it to a solid wall
or placing it on a sturdy bench or table.
Temperature variations cause convection in the housing
of the torsion balance, which in turn cause undesired moti-
ons of the torsion pendulum (see Fig. 6).
For this reason, select an experiment site which does not
stand in direct sunlight or drafts.
3.1 Additional equipment required
3.1.1. Oscillation indication using (visible) light marks on a
mm-scale
1 Lamp housing 450 60
1 Lamp, 6 V, 30 W 450 51
1 Aspherical condenser (with 1-mm slit screen) 460 20
1 A.C. voltage source, 6 V, 30 W e.g. 562 73
1 Steel tape measure 311 77
1 Stop-clock e.g. 313 05
1 Suspended magnet 510 44
Wall assembly (see Fig. 3)
1 Large stand base 300 31
1 Pair of levelling screws 300 06
1 Leybold multiclamp 301 01
1 Rotatable clamp 301 03
1 Stand rod, 47 cm 300 42
Assembly aids and accessories:
Electric drill, masonry drill bit, wall plugs (6 mm)
Benchtop assembly
1 Optical bench with normal profile, 1 m 460 32
2 Optical riders e.g. 460 351
3

3.1.2 Schreiberaufzeichnung oder computerunterstützte
Erfassung der Schwingung mit Infrarot-Licht; Schienen-
aufbau auf einem Tisch (siehe Fig.4)
1 Infrarot-Position-Detector 332 11
1 Wechselspannungsquelle, 12 V z.B. 562 73
1 TY-Schreiber z. B. 575 701
oder
MS-DOS-Rechner über serielle Schnittstelle
RS 232-Kabel z.B. 530 008
Programm mit versuchsspezifischen Voreinstellungen z.B.
auf der Demo-Diskette zur "Universellen Meßwerterfas-
sung", enthalten in Lieferumfang des IR-Position-Detector
(332 11); Meßbeispiel s. Fig. 4.1
oder
MS-DOS-Rechner mit Interface
CASSYpack-E 524 007
Programm "Messen und Auswerten" 524 111
1 Rollbandmaß 311 77
1 Schwebemagnet 510 44
1 Optische Bank mit Normalprofil, 1m 460 32
2 Optikreiter z. B. 460 351
1 Stativstange,25 cm z. B. 300 41
Hinweis:
Weitere Informationen zum Einsatz des Infrarot-Position-
Detector finden Sie in der zugehörigen Gebrauchsanwei-
sung.
3.1.2 Recorder plotting or computer-assisted recording of
the oscillation using infrared light; rail assembly on a
bench (see Fig. 4)
1 Infrared position detector 332 11
1 A.C. voltage source, 12 V e.g. 562 73
1 TY-recorder e.g. 575 701
or
MS DOS computer via serial interface
RS 232 cable e.g. 530 008
Program with experiment-specific default settings e.g.
contained on the demo disk for "Universal Data Acquisition",
included in the scope of supply of the IRposition detector
(332 11); see measuring example Fig. 4.1.
or
MS DOS computer with interface
CASSYpack-E 524 007
Program "Measuring and Evaluating" 524 112
1 Steel tape measure 311 77
1 Suspended magnet 510 44
1 Optical bench with normal profile, 1 m 460 32
2 Optical riders e.g. 460 351
1 Stand rod, 25 cm e.g. 300 41
Note:
Further information on the use of the infrared position
detector can be found in the corresponding Instruction
Sheet.
Fig. 4
Aufbau der Gravitations-Drehwaage; elektronische Erfassung
des Schwingungsverlaufs durch IR-Position-Detector (332 11);
Aufzeichnung mit TY-Schreiber oder Weiterverarbeitung mit
Computerunterstützung (s. Fig. 4.1)
Benchtop assembly of the gravitation torsion balance; electro-
nic determination of the oscillation curve using an IR position
detector (332 11); recording with TY-recorder or further proces-
sing with computer assistance (see Fig. 4.1)
Fig. 3
Aufbau der Gravitations-Drehwaage; Anzeige des Schwin-
gungsverlaufs durch (sichtbaren) Lichtzeiger auf einer mm-
Skala (für IR-Positions-Detector, 332 11, ungeeignet!)
Setup for the gravitation torsion balance; display of the oscillation
curve by means of (visible) light pointer on mm-scale (not
suitable for IR position detector 332 11!)
Fig. 4.1
Computerunterstützte Aufzeichnung derSchwingungen der
Gravitationsdrehwaage
Computer-assisted recording of the oscillations of the gra-
vitation torsion balance
4

3.2 Wandmontage des Stativfußes (vor Erstinbetriebnahme
erforderlich für einen Aufbau an der Wand gemäß
Fig. 3)
Wichtig:
Diese Wandmontage des Stativmaterials ist ungeeignet für den
Aufbau mit IR-Position-Detector (s. Abschnitt 3.1.2; Fig. 4)
Stativfuß an seiner Scheitelbohrung gemäß Fig. 5.1 - 5.3 fach-
gerecht eindübeln und mit Hilfe der Stellschrauben parallel zur
Wand ausrichten; falls sich die Stellschrauben in die Wand ein-
drücken, feste Unterlage benutzen.
3.3 Versuchsvorbereitung
Anordnung - zunächst ohne die großen Bleikugeln - gemäß
Fig. 3 an der Wand (oder sinngemäß auf einem stabilen Tisch
auf der Optischen Bank) aufbauen .
Lampengehäuse so ausrichten, daß der reflektierte Strahl unge-
hindert auf die mindestens 5 m entfernte Skala projiziert wird.
Leuchtwendel lotrecht ausrichten, bevor der Kondensor mit
Blendenhalter und Spalt (lotrecht!) auf das Lampengehäuse
aufgesteckt wird.
Durch Verschieben des Einsatzes im Lampengehäuse Wendel
scharf auf den Spiegel der Drehwaage abbilden. Dazu ein
weißes Blatt Papier direkt vor die Waage halten, auf welchem
die Leuchtwendel sichtbar wird.
Lampengehäuse so verschieben, daß der Spalt scharf auf der
Skala abgebildet wird.
Erforderlichenfalls den Nullpunkt gemäß Abschnitt 3.5 justieren.
Bleikugeln auflegen und in eine Extremstellung bringen. Dabei
Berühren des Gehäuses durch Finger oder Bleikugeln unbe-
dingt vermeiden.
3.4 Versuchsdurchführung; Meßbeispiel
Wichtig!
Anordnung nach dem Aufbau gemäß Abschnitt 3.3 minde-
stens zwei Stunden erschütterungsfrei stehen lassen, sodaß
das Pendel in die Gleichgewichtslage einschwingen kann.
Kugelträger
9 ohne Gehäuseberührung umschwenken.
Zur Verkürzung der Beruhigungszeit für das Pendel den
Diamagnetismus des Bleis ausnutzen: Wenn sich eine der
Bleikugeln des Pendelkörpers der Glasabdeckung nähert,
einen starken Magneten bis zur Umkehr des Systems dage-
genhalten, ohne das Glas zu berühren.
Versuchsanordung während der Meßwerterfassung keiner
mechanischen Erschütterung und keinen Temperatur-
schwankungen, die zu Konvektionen in Gehäuse der
Drehwaage führen können, aussetzen (s. Fig. 6)
Vor Beginn der Messungen Stabilität des Nullpunktes kontrol-
lieren. Nullpunktschwankungen erforderlichenfalls über minde-
stens 10 Minuten beobachten und dokumentieren; daraus
x
0
mitteln.
Zum Zeitpunkt
t = 0 den Träger mit den Bleikugeln zügig, aber
so vorsichtig von der einen in die andere Extremstellung
schwenken, daß das Gehäuse weder von den Fingern, noch
von den Bleikugeln berührt wird. Unmittelbar nach dem Um-
schwenken Stoppuhr starten.
Für die Endausschlagmethode über mindestens 3 Schwin-
gungsperioden, für die Beschleunigungsmethode über 1 Peri-
3.2 Mounting the stand base on the wall (required for
wall mounting as shown in Fig. 3 before using the
setup for the first time.)
Important:
Wall mounting of the stand material is not suitable for the expe-
riement setup with the IR position detector 332 11 (see section
3.1.2; Fig. 4).
Correctly mount the stand base on its apex hole as shown in Fig.
5.1 - 3.3 and align parallel to the wall using levelling screws; use
solid base material if the levelling screws press into the wall.
3.3 Preparing for the experiment
Assemble the arrangement - initially without the large lead balls
- on the wall as shown in Fig. 3 (or similarly on the optical bench
on a sturdy lab bench).
Align the lamp housing so that the reflected beam is projected
unobstructed onto the scale, which should be positioned at
least 5 m distant.
Align the filament so that it is vertical before attaching the
condenser with screen holder and slit (vertically!) to the lamp
housing.
Move the insert in the lamp housing so that a focused image of
the filament is projected onto the torsion balance mirror. To do
this, hold a white sheet of paper, on which thefilament forms an
image, directly in front of the balance.
Move the lamp housing so that the slit is focused onto the scale.
If necessary, adjust the zero-point as described in section 3.5.
Attach the lead balls and bring thearrangement to an extreme posi-
tion. In carrying out this step make absolutely sure that the housing
doesnotcome intocontactwitheitheryourfingeror aleadball.
3.4 Experiment procedure; measuring example
Important!
After the experiment has been set up as described in section
3.3, it must be left undisturbed for at least two hours so that
the pendulum can settle in its equilibrium state.
Turn the ball carrier
9 without touching the housing.
To shorten this settling time, make use of the dia-
magnetism of the lead: each time one of the pendulum
lead balls approaches the glass cover, hold up a strong
magnet - without touching the glass - until the motion of
the system is reversed.
The experiment setup must not be subjected to any shocks
or temperature variations which may cause convention in
the torsion balance housing while recording measured
values (see Fig. 6)
Check the zero-point stability before starting the measurement. If
necessary, observe and note the zero-point fluctuationsfor at least
10 minutes so that you can determine an average value for x0.
At time t = 0 rotate the carrier with the lead balls quickly from
one extreme position to the other. However, in carrying out this
movement, make sure that fingers or lead balls do not come
into contact with the housing. Start the stop-clock immediately
after shifting the carrier.
Read off and note the position of the light pointer on the scale
every 30 s (Fig. 6) for at least 3 periods when using the end
displacement method and for 1 period when usingthe acceleration
Fig. 5.1-5.3
Wandmontage des Stativfußes
Wall-mounting of the stand base
5

ode die Stellung des Lichtzeigers auf der Skala alle 30 s able-
sen und notieren (Fig. 6)
Meßbeispiel:
Gerätekonstanten:
Masse der großen Bleikugel:
m
1=1,5 kg
Abstand des Kugelmittelpunktes zur Drehachse: d = 0,05 m
Abstand zwischen den Mittelpunkten der goßen Kugel (bei
Gehäuseberührung) und der kleinen Kugel (in Gleichge-
wichtslage):
b = 0,047 mm
Abstand Spiegel - Drehwaage:
L = 4,425 m
Schwingungsdauer
T (aus Fig. 7):
T =(2790 −315)s
4=618,8s
Anfangsgleichgewichtslage:x0= 47cm
Endgleichgewichtslagex00(ausdreiaufeinanderfolgendenEx-
trema ermitteln) z.B.
x
00 =(
x
1+
x
3)⁄2 +
x
2
2=
x
1
4+
x
2
2+
x
3
4=62,3 cm
Differenz S der Lichtzeigerpositionen für die Anfangs- und End-
gleichgewichtslage des Pendels:
S = x
00 -
x
0= 62,3 cm - 47 cm = 15,3 cm
Durch Einsetzen in Gleichung (1) für die Endausschlagmetho-
de ergibt sich die Gravitationskonstante f
f
=π2⋅(0,047m)2⋅0,05 m ⋅0,153 m
1,5 kg ⋅(618,8s)2⋅4,425m
= 6,56 10-11 m3kg-1 s2.
3.5 Nullpunkt-Justierung
Ziel der Nullpunkt-Justierung ist es, das Torsionspendel so zu
positionieren, daß der hantelförmige Pendelkörper 5 (siehe
Fig. 2) parallel zu den Glasplatten des Gehäuses ausgerichtet
ist.
Eine Justierung ist erforderlich
eventuell vor der Erstinbetriebnahme, falls die vom Hersteller
vorgenommene Justierung z. B. durch den Transport beein-
trächtigt wurde,
nach unsachgemäßer Behandlung (durch unkontrolliertes Dre-
hen von Torsionskopf 3 ),
nach dem Einsetzen eines neuen Torsionsbandes gemäß Ab-
schnitt 4.
method.
Measuring example:
Equipment constants:
Mass of the large lead ball:
m
1=1.5 kg
Distance between ball center and axis of rotation: d = 0.05 m
Distance between center point of the large ball (when
touching housing) and the small ball (in equilibrium positi-
on):
b = 0.047 mm
Distance between mirror and torsion balance:
L = 4.425 m
Oscillation period
T (from Fig. 7):
T = (2790 - 315)/4 s= 618.8 s.
Equilibrium position at start: x
0= 47 cm
Equilibrium position at end
x
00 (determined from three sequential
extremes) e.g.
x
00 =(
x
1+
x
3)⁄2 +
x
2
2=
x
1
4+
x
2
2+
x
3
4=62.3 cm
Difference S between light pointer positions for the initial and
final pendulum equilibrium states:
S = x
00 -
x
0= 62.3 cm - 47 cm = 15.3 cm
Substitution in equation (1) for the end displacement method
gives the gravitation constant f as
f =π2⋅(0.047 m)2⋅0.05 m ⋅0.153 m
1.5 kg ⋅(618.8s)2⋅4.425m
= 6.56 10-11 m3kg-1 s2.
3.5 Zero-point adjustment
The objective of zero-point adjustment is to position the torsion
pendulum so that the dumbbell-shaped pendulum body 5
(see Fig. 2) is aligned parallel to the glass plates of the
housing in the equilibrium position.
An adjustment is necessary:
possibly before first using the system if the manufacturer’s
adjustment has been modified, e.g. as a result of transportation,
after improper handling (through uncontrolled rotation of torsion
head) 3 ),
after a new torsion band has been inserted as described in
section 4.
Fig. 7
Schwingungen der Gravitationsdrehwaage um die Endgleich-
gewichtslage x
00
Oscillations of the gravitation torsion balance around the final
equilibrium position
x
00
Fig. 6
24-Stunden-Protokoll über die Position des Torsionspendels:
Positionsänderung im wesentlichen bedingt durch tageszeit-
abhängige Temperaturschwankungen (besonders ausgeprägt
bei direkter Sonneneinstrahlung)
24-hour log of the position ofthe torsion pendulum: position
changes are essentially due to (day)time dependent variations
in temperature (particularly noticeable for exposure to direct
sunlight)
6

Vorbereitung zur Nullpunktjustierung:
Drehwaage mit Lichtzeigeranordnung z. B. entsprechend Ab-
schnitt 3.3 (bzw. nach den entsprechenden Angaben in der Ge-
brauchsanweisung 332 11), jedoch ohne große Bleikugeln, auf
einem Tisch aufbauen.
Torsionspendel durch Lösen von Schraube 7 (siehe Fig. 2)
entarretieren;
Drehwaage über die Stellschrauben am Stativfuß (bzw. an der
Optischen Bank) so ausrichten, daß das Torsionspendel lot-
recht hängt (Kontrolle: Stift am Pendelende hängt in der Achse
der Bohrung)
Anordnung nach diesen Vorbereitungen etwa 1 Tag erschütte-
rungsfrei "aushängen" lassen, und dann die Nullpunktjustie-
rung vornehmen.
Nullpunktjustierung:
Torsionspendel mit Schraube 7 arretieren und Drehwaage am
Experimentierort aufbauen (z.B. Wandmontage gemäß Fig. 3).
Durch Entarretieren in Schwingungen versetzen.
Die beidseitigen Endausschläge des Lichtzeigers auf der Skala
notieren.
Beobachten, zu welcher Ruhelage das System tendiert;
zur Verkürzung der Beobachtungszeit Schwingungen diama-
gnetisch dämpfen: Wenn sich eine der Bleikugeln des Pendel-
körpers der Glasabdeckung nähert, einen starken Magneten
bis zur Umkehr des Systems dagegenhalten, ohne das Glas zu
berühren.
Falls der Lichtzeiger nicht in eine Ruhelage tendiert, dieetwa in
der Mitte zwischen den beiden notierten Umkehrpunkten liegt,
Torsionskopf 3 nach dem Lösen von Rändelschrauben (3.1)
um einen kleinen Winkel in Richtung des "Soll-Nullpunktes"
drehen.
Erneut die beiden Endausschläge sowie die Nullpunkttendenz
des Lichtzeigers beobachten.
Die Nullpunktjustierung fortsetzen, bis der "Soll-Nullpunkt" in
der Mitte zwischen den beiden Umkehrpunkten des Lichtzei-
gers erreicht ist.
4 Austausch des Torsionsbandes
Ein defektes Torsionsband kann gegen ein neues Band ausge-
tauscht werden, das als Ersatzteil (683 21) montagegerecht
geliefert wird.
Der Austausch wird folgendermaßen durchgeführt:
Vorbereitung
- Drehwaage (mit arretiertem Pendelkörper) so in einem nivel-
lierbaren Stativfuß (z. B. 300 01/06) aufbauen, daß sich die
Rückseite vorne befindet; Schutzrohr mit Ersatz-Torsions-
band (683 21) zur sicheren Handhabung in einer Klemme
haltern (Fig. 8.1).
- Schraube (a1) entfernen; danach die anderen Schrauben,
welche die Glasplatte fixieren, lockern, bis die Platte entfernt
werden kann (Fig. 8.2).
- Glasscheibe (a2) und Abdeckung (a3) entfernen sowie den
vorderen Teil (a4) der Blende herausziehen.
Ausbau des defekten Torsionsbandes
- Schraube (c1) (Fig. 8.4) und - bei festgehaltenem Bandhalter
(b) - Madenschraube (b1) lösen und Bandhalter entnehmen
(Fig. 8.3).
- Bei gerissenem Torsionsband Endstück (c) entfernen (Fig. 8.4).
Einbau des neuen Torsionsbandes
- Schraube x1lösen und bei festgehaltenem Bandhalter (B)
Schraube x2entfernen (Fig. 8.5).
- Anordnung mit großer Vorsicht und ohne Wandberührung
des sehr empfindlichen Torsionsbandes aus der Schutzhülle
nehmen und in die Drehwaage fädeln, bis das Endstück (C)
1 mm bis 2 mm über der Bohrung (c2) hängt; sodann Band-
halter (B) durch Anziehen von Schraube (b1) fixieren
(Fig. 8.6).
Preparation for zero-point adjustment:
Assemble the torsion balance with light pointer arrangement on
the lab bench e.g. as described in section 3.3 (or in accord-
ance with the corresponding information in the Instruction
Sheet 332 11), but without the large lead balls.
Unlock the torsion pendulum by loosening the screws 7 (see
Fig. 2).
Using the levelling screws on the stand base (or on the optical
bench), align the torsion balance so that the torsion pendulum
hangs vertically (check: pin at the end of the pendulum hangs in
the axis of the hole).
After these preparatory steps have been carried out, allow the
arrangement to hang disturbance-free for around 1 day and
then carry out the zero-point adjustment.
Zero-point adjustment:
Lock the torsion pendulum with screw 7 and set up the torsion
balance at the experiment location (e.g. wall mounting as
shown in Fig. 3); then unlock the pendulum to set it in motion.
Note the end deflections of the light pointer on both sides of the
scale.
Observe the equilibrium position towhich the system tends;
to shorten the observation time damp the oscillations dia-
magnetically: each time one of the pendulum lead balls
approaches the glass cover, use a strong magnet to reverse
the motion of the system - without touching the glass.
Should the light pointer not show a tendency towards an
equilibrium position roughly in the center between the two noted
direction reversal points, unscrew the knurled screws (3.1) and
turn the torsion head 3 through a small angle in the direction of
the "desired zero-point".
Once again observe the two end deflections and the zero-point
tendency of the light pointer.
Continue this zero-point adjustment until the "desired zero-point"
in the middle between the two direction reversal points of the
light pointer has been reached.
4 Replacing the torsion band
A defective torsion band can be replaced by a new band which
is supplied in a ready-for-assembly state as spare part (683 21).
The replacement is carried out as follows:
Preparation
- Assemble the torsion balance (with locked pendulum body)
on a stand base which can be levelled (e.g. 300 01/06) in
such a way that the back side is at the front; to ensure safe
handling, support the protective tube with replacement torsion
band (683 21) in a clamp (Fig. 7).
- Remove screw (a1); subsequently loosen the other screws
fixing the glass plate until it can be removed (Fig. 8.2).
- Remove glass plate (a2) and cardboard seal (a3) and pull out
the frontsection of the cardboard slide (a4).
Removing the defective torsion band
- Loosen grub screw (b1) while holding the band holder (b)
tightly. Remove the band holder (Fig. 8.3).
- If the torsion band is broken, remove end piece (c) (Fig. 8.4).
Inserting the new torsion band
- Loosen screw x1and remove screw x2while holding band
holder (B) tightly.
- Very carefully remove the arrangement from the protective
cover and "thread" it into the torsion balance until the end
piece (C) hangs 1 mm to 2 mm above the hole (c2). Make
sure the very sensitive torsion band does not come into con-
tact with the walls. Subsequently fix pendulum holder (B) by
tightening screw ((b1) (Fig. 8.6).
- Wait until the torsion band has settled and, if necessary, use
the levelling screws on the stand base to align the torsion
band so that the end piece (C) hangs vertically above the
hole.
7

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Technical alterations reserved
- Beruhigung des Torsionsbandes abwarten und erforderli-
chenfalls Torsionsband über die Stellschrauben des Stativ-
fußes so ausrichten, daß das Endstück (C) lotrecht über der
Bohrung (c2) hängt.
- Bandhalter (B) erneut festhalten und bei gelöster Schraube
(b1) um einige mm absenken, ohne ihn zu verdrehen, bis der
abgedrehte Teil von Endstück (C) vollständig in die Bohrung
(c1) gleitet; Bandhalter erst dann loslassen, wenn er durch fe-
stes Anziehen der Madenschraube (b1) (Fig. 8.7) sorgfältig fi-
xiert ist; danach Endstück (C) mit Schraube (c1) befestigen .
- Vorderen Blendenteil (a4) einführen, Gehäuse nach dem ord-
nungsgemäßen Einsetzen von Abdeckung (a3) und Glasplat-
te (a2) wieder mit Schraube (a1) verschließen.
Nach der Montage entarretiert man das Torsionspendel und
überprüft, ob der Pendelkörper frei schwingen kann; liegt er
trotz Entarretierung auf den Arretierfedern auf, so hebt man
den Bandhalter (B) bei gelöster Schraube (b1) geringfügig an
und fixiert ihn dann wieder sorgfältig.
Bevor die erforderliche Nullpunkt-Justierung gemäß Abschnitt
3.5 durchgeführt werden kann, muß das Torsionspendel min-
destens 12 Stunden "aushängen".
- Loosen screw (b1). Hold the band holder (B) tightly and lower
it a few mm - without twisting it - until the machined part of the
end piece (C) has been completely guided into the hole (c1);
do not release the band holder until it has been carefully fixed
in place by tightening the grub screw (b1) (Fig. 8.7); finally
fix the end piece (C) with screw (c1).
- Insert the front section of the slide (a4). After correctly rein-
serting the cardboard disc (a3) and the glass plate (a2), close
the housing with screw (a1).
- Insert cardboard slide (a4), and then reclose the housing with
screw (a1) after correctly inserting sealing disc (a3) and glass
plate (a2).
After assembly has been carried out, unlock the torsion pendu-
lum and check if the pendulum body can oscillate freely; should
it lie on the locking springs despite unlocking, slightly raise the
band holder (B), with screw (b1) loosened, and again carefully
fix in place.
The torsion pendulum must hang undisturbed for at least 12
hours before the required zero-point adjustment as described in
section 3.5 can be carried out.
Fig. 8.5
Fig. 8.6
Fig. 8.7
Fig. 8.1
Fig. 8.2
Fig. 8.3
Fig. 8.4

Physik Chemie ⋅Biologie Technik LEYBOLD DIDACTIC GMBH
6/95 Ergänzung zur Gebrauchsanweisung 332 101
Supplementary Instructions
Instructions supplémentaires
concernant le mode d’emploi 332 101
Instrucciones suplementarias
To protect the sensitive torsion band during transport, the
oscillation system of the gravitation torsion balance has been
lowered. Before you can use the balance, you must first carry
out the following steps, in addition to the instructions in the
instruction sheet.
First, mount the balance without the large lead balls vertically in
a stand base.
Completely unscrew the two locking screws 7 for the pendu-
lum body (Fig. 2) until the clamps are loosened.
Loosen the grub screw (3.2), Fig. 2, without turning the knurled
screw.
Hold onto the band holder (b), Fig. 8.3, so that it does not twist.
Carefully withdraw the band holder (b), Fig. 8.3, and observe
the motion of the dumbbell-shaped pendulum body 5 (Fig. 2).
Lift the pendulum body until the two small lead balls are in the
middle of the round window. If the band holder is withdrawn so
far that the pendulum body makes contact, the torsion band will
break.
Try not to twist the band holder, as this requires readjustment of
the zero point (see section 3.5 of the instruction sheet).
Retighten the grub screw (3.2), Fig. 2.
If necessary, readjust the zero point.
Refer to the instruction sheet for all other steps required to set
up the torsion balance.
Aus Gründen der Transportsicherheit ist das Schwingungssy-
stem der Drehwaage heruntergelassen worden, um den emp-
findlichen Torsionsfaden zu schützen. Zur Inbetriebnahme der
Waage ist zusätzlich zur Gebrauchsanweisung wie folgt zu ver-
fahren:
Waage ohne die großen Bleikugeln zunächst lotrecht in einem
Stativfuß aufstellen.
Die beiden Schrauben 7 , Fig. 2 zur Arretierung des Pendelkör-
pers vollständig lösen, bis die Halteklammern entspannt sind.
Ohne die Rändelschraube 3 zu drehen, Madenschraube (3.2),
Fig. 2 lösen.
Hierbei den Haltestift (b), Fig. 8.3 durch Festhalten vor dem
Verdrehen sichern.
Vorsichtig den Haltestift (b), Fig. 8.3 herausziehen, dabei die
Bewegung des hantelförmigen Pendelkörpers 5 beobachten
(Fig. 2). Den Pendelkörper soweit anheben, bis sich die kleinen
Bleikugeln in der Mitte der runden Fenster befinden. Ein Her-
ausziehen des Haltestiftes bis der Pendelkörper anstößt, führt
zum Reißen des Fadens.
Nach Möglichkeit den Haltestift nicht drehen, da sonst ein
Nachjustieren des Nullpunktes erforderlich wird. (siehe Ab-
schnitt 3.5 der Gebrauchsanweisung)
Madenschraube (3.2), Fig. 2 wieder anziehen.
Eventuell Nullpunkt-Justierung durchführen.
Alle weiteren Hinweise zur Aufstellung der Waage sind der Ge-
brauchsanweisung zu entnehmen.
Para proteger la sensible cinta de torsión durante el transporte,
el sistema de oscilación de la balanza de gravitación ha sido
bajado. Además de tener en cuenta a las instrucciones de
servicio y antes de utilizar la balanza por primera vez, proceda
como se describe a continuación:
Primeramente, colocar la balanza verticalmente sobre una
base de soporte sin las bolas grandes de plomo.
Aflojar completamente los dos tornillos 7 (Fig. 2), que sirven
para bloquear el cuerpo del péndulo, hasta que el retén sea
aflojado.
Aflojar el tornillo prisionero(3.2), Fig. 2, sinel tornillo moleteado 3 .
Mantener fija el soporte de cinta (b), Fig. 8.3, para que no se
tuerza.
Extraer cuidadosamente el soporte de cinta (b), Fig. 8.3, y ob-
servar el movimiento del cuerpo del péndulo 5 en forma de
haltera (Fig. 2). Levantar el cuerpo del péndulo hasta que las
pequeñas bolas de plomo se encuentren en la mitad de la venta-
na redonda. La cinta de torsión se rompe si se extrae el soporte
de cinta hasta chocar el cuerpo del péndulo.
Tratar de no torcer el soporte de cinta porque de otro modo
habrá que efectuar un reajuste del punto cero (véase la sección
3.5 de las instrucciones de servicio).
Apretar nuevamente el tornillo prisionero (3.2), Fig. 2.
Reajustar el punto cero si es necesario.
Refiérase a las instrucciones de servicio, allí se indican todos
los pasos necesarios para la puesta a punto de la balanza.
Pour des raisons de sécurité durant le transport, le système oscil-
lant de la balance de gravitation a été abaissé afin de protéger le
ruban de torsion assez fragile. Pour la mise en service de la balan-
ce de gravitation il faut non seulement respecter les instructions
données dans le mode d’emploi, mais aussi procéder comme suit:
D’abord monter verticalement la balance dans un pied, sans les
grandes sphères en plomb.
Ainsi que représenté sur la fig. 2, entièrement desserrer les
deux vis 7 pour le blocage du corps du pendule jusqu’à ce que
les pinces soient relâchées.
Sans tourner la vis moletée 3 , desserrer la vis sans tête (3.2)
(cf. fig. 2).
Avant de commencer à dévisser, tenir la tige de maintien (b)
(cf. fig. 8.3).
Sortir avec précaution la tige de maintien (b), (cf. fig. 8.3) tout
en observant le mouvement du corps du pendule 5 en forme
d’haltère (Fig. 2). Soulever le corps du pendule jusqu’à ce que
les petites sphères en plomb se trouvent au milieu de la fenêtre
circulaire. Si on tire la tige de maintien jusqu’à ce que le corps
du pendule bute, le ruban de torsion va rompre.
Essayer si possible de ne pas tourner la tige de maintien afin d’éviter
d’avoiràréajusterlepointzéro.(voirparagraphe3.5dumoded’emploi).
Resserrer la vis sans tête (3.2) (cf. fig. 2).
Eventuellement procéder à l’ajustage du zéro.
Pour de plus amples informations concernant la mise en place
de la balance de gravitation, prière de se référer au mode d’emploi.