Маятник Фуко

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли. Изображенная на анимации траектория движения соответствует случаю, когда маятник приводится в движение коротким толчком из положения равновесия

Ма́ятник Фуко́ — маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли.

Эксперимент Фуко[править | править вики-текст]

Впервые публичная демонстрация была осуществлена французским физиком и астрономом Жаном Фуко в 1851 году в парижском Пантеоне: под куполом Пантеона он подвесил металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 м, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли[1].

Маятник Фуко в Парижском Пантеоне

Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло около 3 мм, за час плоскость колебаний маятника повернулась более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.

Физика эксперимента[править | править вики-текст]

Маятник Фуко является математическим маятником, плоскость колебаний которого медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. В популярной литературе распространено ошибочное объяснение, согласно которому маятник якобы совершает колебания в плоскости, неподвижной в инерциальной системе отсчёта (в данном случае — системе отсчёта, «связанной» со звёздами), и именно поэтому с точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле и вращающегося вместе с нею, плоскость качания будет вращаться. В действительности ориентация плоскости качания остается неподвижной относительно звёзд только для маятника на полюсах.

Маятник Фуко на северном полюсе. Ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника

На Северном или Южном полюсе Земли (ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко совершает поворот на 360° за звёздные сутки (на 15° за звёздный час), на экваторе (ось вращения Земли перпендикулярна плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко неподвижна, в произвольной точке с географической широтой \phi (угол между осью вращения Земли и плоскостью колебаний маятника \alpha = 90^\circ - \phi) скорость вращения плоскости колебаний идеального маятника Фуко \Omega_P (в градусах в звёздный час) относительно поверхности Земли составляет

\!\Omega_P = 15 \sin \phi.

Для неидеального маятника Фуко скорость вращения плоскости колебаний зависит и от длины подвеса:

\!\Omega_P = 15 [1 - \frac{3}{8} (a/l)^2] \sin \phi,

где ~a — амплитуда колебаний груза маятника; ~l — длина нити.

Поскольку период колебаний зависит от длины подвеса (T \approx 2\pi \sqrt{l \over g}), то увеличение длины нити увеличивает угол поворота совершаемого плоскостью вращения за один период, что и используют при демонстрации. Так, в Исаакиевском соборе в Ленинграде с 1931 по 1986 год демонстрировался маятник Фуко на подвесе длиной 93 м[2][3].

Действующие маятники Фуко[править | править вики-текст]

Маятники Фуко в СНГ (упорядочены по длине подвеса):

Интересные факты[править | править вики-текст]

Наблюдение за маятником Фуко является один из способов решения занимательной задачи П. Л. Капицы об определении длины суток на Венере при постоянной облачности[16]. Текст задачи:

Астрономические наблюдения показывают, что на планете Венера полная облачность, так что «жители» Венеры лишены возможности наблюдать небесные светила. Опишите, каким методом они могли бы точно измерить длину своих суток.[17]

В Исаакиевском соборе в Ленинграде маятник Фуко был запущен в ночь с 11 на 12 апреля 1931 года и снят в 1986 году, сейчас хранится в подвалах собора[2][3]

Опыты Фуко в Пантеоне были проведены по требованию президента Второй республики Луи Бонапарта (будущего Наполеона III)[18]; о документальных доказательствах благословения демонстраций Фуко со стороны папы (на тот момент Пия IX) неизвестно.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 Маятник Фуко
  2. 1 2 National Geographic Россия: Пять храмов с маятниками Фуко
  3. 1 2 Хочу знать: маятник Фуко
  4. В Киеве впервые запустили один из крупнейших в Европе маятников Фуко
  5. Маятник висит в центре первого колодца на первой площадке СФУ
  6. Московский планетарий сегодня
  7. Маятник Детско-юношеского центра Планетарий в Новосибирске
  8. В МГУ запущен маятник Фуко // Газета студентов Московского университета «Шпиль», 23.09.2013
  9. Волгоградский планетарий на сайте Волгоградский спутник
  10. Маятник Фуко на сайте Минск старый и новый
  11. «Стоим и будем стоять, пока живы…»
  12. Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова
  13. Маятник Фуко — в УжНУ
  14. Состоялась лекция «Необычное в обычном» из цикла Университетские субботы.
  15. Centrum Nauki Kopernik. Wahadło Foucault.
  16. Олимпиады по физике. Турнир им. Ломоносова 26.09.1999. Проверено 4 марта 2010. Архивировано из первоисточника 6 февраля 2012.
  17. Капица П. Л. Физические задачи. — М.: «Знание», 1966. — 16 с.
  18. Crease R. P. The prism and the pendulum. The ten most beautiful experiments in science

Ссылки[править | править вики-текст]