Маятник Фуко

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Это старая версия этой страницы, сохранённая GvozdevN (обсуждение | вклад) в 09:22, 5 февраля 2022 (→‎Действующие маятники Фуко: уточнение). Она может серьёзно отличаться от текущей версии.
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья — о научном эксперименте. О романе Умберто Эко см. Маятник Фуко (роман).
Маятник Фуко
Дата основания, создания, возникновения февраль 1851
Изображение
Маятник Фуко в парижском Пантеоне
Видеофайл
Названо в честь Жак Бернар Леон Фуко
Создатель Жак Бернар Леон Фуко
Место создания Париж
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Ма́ятник Фуко́ — маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Наличие суточного вращения ответственно за постепенный поворот плоскости колебаний маятника. Впервые эффект продемонстрирован Л. Фуко (1851 год), в настоящее время в мире имеются действующие маятники Фуко, используемые в демонстрационных целях.

Эксперименты самого Фуко

Французский физик и астроном Леон Фуко (Léon Foucault) впервые осуществил свой эксперимент в 2 часа ночи 8 января 1851 года в погребе своего дома на углу улиц Асса́[фр.] и Вожира́р[фр.] в Париже. Для этого был использован маятник длиной 2 метра. В феврале с разрешения Доминика Франсуа Араго он повторил опыт в Парижской обсерватории, на этот раз удлинив маятник до 11 метров. В подготовке эксперимента принимал также участие ассистент Фуко, Фромент[1].

Первая публичная демонстрация была осуществлена уже в марте 1851 года 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[2].

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

Физические основы эффекта

Маятник Фуко на Северном полюсе. Ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника
Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли. Изображённая на анимации траектория движения соответствует случаю, когда маятник приводится в движение коротким толчком из положения равновесия

Маятник Фуко является математическим маятником, плоскость колебаний которого медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. Смещение маятника, установленного в произвольной точке на Земле, можно объяснить действием силы Кориолиса, которая максимальна на полюсе и отсутствует на экваторе[3]. Чем меньше широта местности, тем меньше скорость отклонения маятника.

Примечание. 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 же ориентация плоскости качания остаётся неподвижной относительно звёзд только для маятника на одном из полюсов.

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 (угол между осью вращения Земли и плоскостью колебаний маятника ) скорость вращения плоскости колебаний идеального маятника Фуко (в градусах в звёздный час) относительно поверхности Земли составляет

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

где  — амплитуда колебаний груза маятника;  — длина нити.

Поскольку период колебаний зависит от длины подвеса (), 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 98 м[4][5][6].

Действующие маятники Фуко

Крупнейшие маятники Фуко в СНГ (упорядочены по убыванию длины подвеса)
Страна, город Место установки Дата установки Длина
нити		 Вес
шара		 Источник
 Украина, Киев Киевский политехнический институт 24 февраля 2011 года 22 м 43 кг [7]
 Россия, Мурманск Мурманская государственная областная универсальная научная библиотека 8 февраля 2018 года 21 м 28 кг [8]
 Молдавия, Кишинёв Технический университет Молдовы 2006 год 19 м 155 кг [9]
 Россия, Сыктывкар Институт геологии Коми НЦ УрО РАН март 2010 года 17 м 56 кг [10]
 Россия, Москва Московский планетарий 12 июня 2011 года 16 м 50 кг [11]
 Россия, Новосибирск Большой новосибирский планетарий 8 февраля 2012 года 15 м 32 кг [12]
 Россия, Москва Фундаментальная библиотека МГУ сентябрь 2013 года 14 м 18 кг [13]
 Белоруссия, Гомель Средняя школа № 69 май 2017 года 12,5 м 60 кг [14]
 Россия, Йошкар-Ола Марийский государственный университет 4 октября 2017 года 12 м 50 кг [15]
 Россия, Волгоград Волгоградский планетарий 1954 год 8,5 м 12 кг [16]
 Россия, Санкт-Петербург Санкт-Петербургский планетарий 1959 год 8 м [2]
 Белоруссия, Минск Белорусский государственный педагогический университет сентябрь 2004 года 7,5 м [17][18]
 Украина, Донецк Донецкий национальный технический университет 17 апреля 2018 года 6,75 м 31,18 кг [19]
 Россия, Барнаул Алтайский государственный технический университет 5,5 м [20]

Некоторые любопытные факты

  • Наблюдение за маятником Фуко является одним из способов решения занимательной задачи П. Л. Капицы об определении длины суток на Венере при постоянной облачности[21]. 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.[22]

  • 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[4][5]. Длина нити этого маятника — 98 м.
  • Опыты Фуко в Пантеоне проводились по просьбе президента Второй республики Луи Бонапарта (будущего Наполеона III)[23]; о документальных доказательствах благословения демонстраций Фуко со стороны папы (на тот момент Пия IX) неизвестно.

См. также

Примечания

  1. ↑ G. Barenboim, J. A. Oteo. One pendulum to run them all (англ.). — 2013. — arXiv:1304.7922.
  2. ↑ 1 2 Маятник Фуко. Дата обращения: 3 марта 2009. Архивировано из оригинала 31 октября 2008 года.
  3. ↑ Маятник Фуко в Исаакиевском соборе на YouTube // Киевнаучфильм, 1979 год
  4. ↑ 1 2 National Geographic Россия: Пять храмов с маятниками Фуко. Дата обращения: 2 февраля 2015. Архивировано из оригинала 2 февраля 2015 года.
  5. ↑ 1 2 Хочу знать: маятник Фуко
  6. ↑ Фуко маятник // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
  7. ↑ В Киеве впервые запустили один из крупнейших в Европе маятников Фуко
  8. ↑ День российской науки в Мурманской областной научной библиотеке
  9. ↑ Информация о маятнике Фуко в Техническом университете Молдовы.
  10. ↑ Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 3. С.11-13
  11. ↑ Московский планетарий сегодня. Дата обращения: 19 сентября 2011. Архивировано из оригинала 7 октября 2011 года.
  12. ↑ Маятник Фуко: Vseon.com
  13. ↑ В МГУ запущен маятник Фуко // Газета студентов Московского университета «Шпиль», 23.09.2013 (недоступная ссылка)
  14. ↑ Маятник Фуко в средней школе № 69 г. Гомеля
  15. ↑ Василий Лисицкий (2017-10-05). "Впервые в Йошкар-Оле запустили маятник Фуко". Марийская правда. Дата обращения: 5 октября 2017.
  16. ↑ Волгоградский планетарий на сайте Волгоградский спутник
  17. ↑ Маятник Фуко. Минск старый и новый. Дата обращения: 5 октября 2017.
  18. ↑ Сергей Кирик. И всё-таки она вертится!.. Белорусская военная газета (28 января 2017). Дата обращения: 5 октября 2017. Архивировано из оригинала 6 октября 2017 года.
  19. ↑ В ДонНТУ запущен маятник Фуко (недоступная ссылка — история). Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики (17 апреля 2018).
  20. ↑ Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. Кафедра «Физика»
  21. ↑ Олимпиады по физике. Турнир им. Ломоносова 26.09.1999. Дата обращения: 4 марта 2010.
  22. ↑ Капица П. Л. Физические задачи. — М.: «Знание», 1966. — 16 с.
  23. ↑ Crease R. P. The prism and the pendulum. The ten most beautiful experiments in science Архивная копия от 27 сентября 2013 на Wayback Machine

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Маятник_Фуко&oldid=119830423