Une balance de torsion est un appareil inventé pour mesurer de très petites forces comme les forces gravitationnelles entre de petites masses ou les forces magnétiques entre des sphères chargées. La balance de torsion se compose d’une tige horizontale avec une sphère identique à chaque extrémité. La tige horizontale tourne sur un fil qui la soutient en son centre. De petites sphères fixes de masses identiques, ou charges, sont placées près des sphères aux extrémités de la tige rotative, les attirant et provoquant la torsion du fil. La quantité de torsion dans le fil peut ensuite être convertie mathématiquement en quantité de force entre les sphères stationnaires et celles sur la tige en mouvement.
Lorsque les masses des sphères d’une balance de torsion sont connues, les scientifiques peuvent calculer une constante gravitationnelle à insérer dans la loi de gravitation en carré inverse de Newton. A partir de ces résultats, de petites forces entre des sphères de masse inconnue peuvent être déduites. Les forces entre les sphères stationnaires de masse inconnue et les sphères mobiles de masse connue sont trouvées en observant le nombre de fois que la tige horizontale oscille d’avant en arrière dans un laps de temps donné. La fréquence du mouvement de va-et-vient de la tige est liée à la contrainte de torsion dans le fil, à partir de laquelle les forces inconnues peuvent être calculées.
En 1783, un physicien, Charles-Augustin de Coulomb, publia sa découverte selon laquelle la loi du carré inverse, d’abord proposée par Newton pour décrire les forces gravitationnelles, pouvait être appliquée aux charges magnétiques attractives ou répulsives. Dans la loi de Coulomb, les forces attractives ou répulsives entre les objets, en raison de leurs caractéristiques magnétiques, nécessitaient une constante, la constante de force de Coulomb. Lorsque les charges sur les sphères mobiles et fixes de la balance de torsion sont connues, alors la constante peut être calculée. Par la suite, des sphères fixes de charges inconnues pourraient être installées et des forces attractives ou répulsives entre elles et les sphères en mouvement peuvent être calculées en mesurant la fréquence de mouvement de va-et-vient de la tige horizontale.
Les balances de torsion successives sont devenues plus sophistiquées et plus précises dans leurs mesures. Les scientifiques ont noté qu’en donnant une poussée initiale à la tige horizontale de la balance, la résistance extrêmement faible des atomes métalliques dans le fil mince supportant la tige pourrait la faire tourner horizontalement d’avant en arrière à une certaine vitesse. La relation entre les contraintes de torsion dans le fil métallique lorsqu’il est exposé aux forces infinitésimales entre les corps sphériques continue de mesurer avec succès les inconnues dans les équations de la loi du carré inverse.