WikiSort.ru - Космос

ПОИСК ПО САЙТУ | о проекте
Маятник Фуко
Названо в честь Фуко, Жан Бернар Леон
Описание медиа Маятник Фуко в парижском Пантеоне
 Маятник Фуко на Викискладе
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

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

Эксперимент 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.

Физика эксперимента

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

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 остаётся неподвижной относительно звёзд только для маятника на одном из полюсов. 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.

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 93 м[4][5].

Действующие маятники Фуко

Крупнейшие маятники Фуко в СНГ (упорядочены по длине подвеса)
Страна, городМесто установкиДата установкиДлина
нити
Вес
шара
Источник
 Украина, КиевКиевский политехнический институт24 февраля 2011 года22 м43 кг[6]
 Россия, Мурманск Мурманская государственная областная универсальная научная библиотека 8 февраля 2018 года 21 м 28 кг [7]
 Россия, Сыктывкар Институт геологии Коми НЦ УрО РАН март 2010 года 17 м 56 кг [8]
 Россия, МоскваМосковский планетарий12 июня 2011 года16 м50 кг[9]
 Россия, НовосибирскБольшой новосибирский планетарий8 февраля 2012 года15 м32 кг[10]
 Россия, МоскваФундаментальная библиотека МГУсентябрь 2013 года14 м18 кг[11]
 Белоруссия, ГомельСредняя школа № 69май 2017 года12,5 м60 кг[12]
 Россия, Йошкар-ОлаМарийский государственный университет4 октября 2017 года12 м50 кг[13]
 Россия, ВолгоградВолгоградский планетарий8,5 м12 кг[14]
 Россия, Санкт-ПетербургСанкт-Петербургский планетарий8 м[2]
 Белоруссия, МинскБелорусский государственный педагогический университетсентябрь 2004 года7,5 м[15][16]
 Украина, Донецк Донецкий национальный технический университет 17 апреля 2018 года 6,75 м 31,18 кг [17]
 Россия, БарнаулАлтайский государственный технический университет5,5 м[18]

Интересные факты

  • Наблюдение за маятником Фуко является одним из способов решения занимательной задачи П. Л. Капицы об определении длины суток на Венере при постоянной облачности[19]. 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.[20]

  • 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 требованию президента Второй республики Луи Бонапарта (будущего Наполеона III)[21]; 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
  3. Маятник Фуко в Исаакиевском соборе на YouTube // Киевнаучфильм, 1979 год
  4. 1 2 National Geographic Россия: Пять храмов с маятниками Фуко
  5. 1 2 Хочу знать: маятник Фуко
  6. В Киеве впервые запустили один из крупнейших в Европе маятников Фуко
  7. День российской науки в Мурманской областной научной библиотеке
  8. Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2010. № 3. С.11-13
  9. Московский планетарий сегодня
  10. Маятник Фуко: Vseon.com
  11. В МГУ запущен маятник Фуко // Газета студентов Московского университета «Шпиль», 23.09.2013
  12. Маятник Фуко в средней школе № 69 г. Гомеля
  13. Василий Лисицкий. Впервые в Йошкар-Оле запустили маятник Фуко, Марийская правда (5 октября 2017). Проверено 5 октября 2017.
  14. Волгоградский планетарий на сайте Волгоградский спутник
  15. Маятник Фуко. Минск старый и новый. Проверено 5 октября 2017.
  16. Сергей Кирик. И всё-таки она вертится!... Белорусская военная газета (28 января 2017). Проверено 5 октября 2017.
  17. В ДонНТУ запущен маятник Фуко. Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики (17.04.2018).
  18. Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. Кафедра «Физика»
  19. Олимпиады по физике. Турнир им. Ломоносова 26.09.1999. Проверено 4 марта 2010. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  20. Капица П. Л. Физические задачи. — М.: «Знание», 1966. — 16 с.
  21. Crease R. P. The prism and the pendulum. The ten most beautiful experiments in science

Ссылки

Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".

Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.

Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .




Текст в блоке "Читать" взят с сайта "Википедия" и доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия.

Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.

2019-2024
WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии