МАЯТНИК ФУКО, устройство, наглядно демонстрирующее вращение Земли. Его изобретение приписывают Ж.Фуко (1819–1868). Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал Л.Бонапарта (позднее ставшего Наполеоном III , французским императором), что он предложил Фуко повторить его публично в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже . Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851, и принято называть опытом Фуко.
Под куполом здания Фуко подвесил металлический шар массой 28 кг на стальной проволоке длиной 67 м. В отличие от часового маятника, который может качаться только в одной плоскости, у маятника Фуко верхний конец проволоки был закреплен таким образом, чтобы он мог качаться одинаково свободно во всех направлениях. Под маятником было сделано круговое ограждение радиусом 6 м с центром прямо под точкой подвеса. На ограждение был насыпан песок, чтобы при каждом качании прикрепленное под шаром маятника металлическое острие могло сметать его на своем пути. Чтобы обеспечить пуск маятника без бокового толчка, его отвели в сторону и привязали веревкой. После того как маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли и маятник пришел в движение.
Маятник такой длины совершает одно полное колебание за 16,4 с, и вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами.
Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48°51ў северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. Поэтому при повороте Земли на 360° в течение 24 ч северный край кольца будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг.
На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается точно на 15° каждый час и совершает полный оборот на 360° за 24 ч. (Поверхность Земли поворачивается на 360° в сутки вокруг земной оси.)
: 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 метров, 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 .
Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло ~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
- В Исаакиевском соборе в Ленинграде маятник Фуко был запущен в ночь с 11 на 12 апреля 1931 года . Тогда это назвали триумфом науки над религией. Однако представители церкви отметили, что этот опыт никак не опровергает догмат существования Бога. Хранитель экспозиции Исаакиевского собора Сергей Окунев прокомментировал это так:
См. также
Ссылки
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Маятник Фуко" в других словарях:
МАЯТНИК ФУКО, тяжелый металлический шарообразный (или дискообразный) предмет, висящий на длинной тонкой проволоке, впервые был использован Жаном ФУКО, чтобы продемонстрировать вращение Земли. Так как Земля вращается вокруг своей оси, плоскость… …
Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Содержание 1 Эксперимент Фуко … Википедия
Устройство, наглядно демонстрирующее вращение Земли. Его изобретение приписывают Ж. Фуко (1819 1868). Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал Л. Бонапарта (позднее ставшего Наполеоном III, французским императором), что он… … Энциклопедия Кольера
маятник Фуко - Fuko švytuoklė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Foucault pendulum vok. Foucaultsches Pendel, n rus. маятник Фуко, m pranc. pendule de Foucault, m … Fizikos terminų žodynas
Маятник Фуко: Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Маятник Фуко второй роман Умберто Эко (1988) … Википедия
О математическом маятнике см. Маятник Фуко. Маятник Фуко Il pendolo di Foucault … Википедия
МАЯТНИК, любое тело, подвешенное в какой либо точке так, что оно колеблется, описывая дугу окружности. Простой, или математический, маятник состоит из тяжелого груза небольшого размера, подвешенного на нити или на легком негнущемся стержне.… … Научно-технический энциклопедический словарь
Горбацевич С.А. Маятник Фуко. Историко-иллюстративно-демонстрационный материал к теме «Механические колебания и волны» // Фiзiка: праблемы выкладання. - 2010. - № 1. - С. 58-61. - Авторская версия.
По специальной договоренности с редакцией журнала ФПВ и автором
Маятник Фуко
Маятник Фуко - маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли.
Фуко, Жан Бернар Леон.
3 января 1851 года января Жан Бернар Леон Фуко провёл успешный опыт с маятником, впоследствии получившим его имя. Для опыта был выбран Парижский Пантеон, в нем можно было укрепить нить маятника длиной 67 метров. На конце нити из стальной проволоки был укреплён чугунный шар весом 28 килограммов. Перед пуском шар отводился в сторону и привязывался тонкой бечёвкой, опоясывающей шар по экватору. Под маятником был сделан круглый помост, по краю которого насыпан валик песка. Одно полное колебание маятника длилось 16,4 с, и при каждом размахе прикреплённое под шаром маятника остриё прочерчивало новую черту на песке, наглядно показывая вращение под ним помоста, а, следовательно, и всей Земли.
В основе опыта лежит свойство маятника сохранять плоскость колебаний независимо от вращения опоры, к которой маятник подвешен. Наблюдатель, вращающийся вместе с Землёй, видит постепенное изменение направления качаний маятника относительно окружающих земных предметов.
При практическом осуществлении опыта с маятником Фуко важно устранить причины, нарушающие его свободное качание. Для этого его и делают очень длинным, с тяжелым и симметричным грузом на конце. Маятник должен иметь одинаковую возможность качаться во всех направлениях, быть хорошо защищённым от ветра. Укрепляют маятник либо на карданном шарнире, либо на горизонтальном шарикоподшипнике, поворачивающемся вместе с плоскостью качания маятника. Большое значение для результатов опыта имеет пуск маятника без бокового толчка. На первой публичной демонстрации опыта Фуко в Пантеоне именно для этого маятник и привязали бечёвкой. Когда маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли, и он пришел в движение.
Так как маятник в Пантеоне совершал одно полное колебание за 16,4 с, вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11° по часовой стрелке, примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами.
Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48°51" северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. Поэтому при повороте Земли на 360° в течение 24 ч северный край кольца будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг.
На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается точно на 15° каждый час и совершает полный оборот на 360° за 24 ч. (Поверхность Земли поворачивается на 360° в сутки вокруг земной оси).
На всех других широтах эффект Фуко проявляется в различной степени, при этом его действие становится более наглядным по мере приближения к полюсам.
Париж. Пантеон. Маятник Фуко
Самая длинная нить – 98 метров – была у маятника Фуко, расположенного в Исаакиевском соборе в г. Санкт-Петербурге. Маятник снят в 1992 году, как не соответствующий назначению здания.
Теперь на Северо-Западе России есть лишь один маятник Фуко – в Санкт-Петербургском Планетарии. Длина его нити невелика – около 8 метров, но от этого степень наглядности не уменьшается. Этот экспонат Планетария вызывает неизменный интерес у посетителей всех возрастов.
Маятник Фуко, размещающийся в настоящее время в вестибюле для посетителей здания Генеральной Ассамблеи Организации Объединённых Наций в Нью-Йорке, является даром правительства Нидерландов.
Этот маятник представляет собой 200-фунтовый позолоченный шар диаметром 12 дюймов, частично наполненный медью и подвешенный на проволоке из нержавеющей стали под потолком над церемониальной лестницей в 75 футах от пола. Верхний конец проволоки закреплен с помощью универсального шарнира, что позволяет маятнику свободно качаться в любой вертикальной плоскости. При каждом колебании шар проходит над рельефным металлическим кольцом с электромагнитом, в результате чего в меди внутри шара наводится электрический ток. Это взаимодействие дает необходимую энергию для преодоления трения и сопротивления воздуха и обеспечивает равномерность качания маятника.
В сентябре 2004 г. в Белорусском государственном педагогическом университете имени Танка состоялось открытие уникального для науки и культуры нашей страны сооружения – маятника Фуко. На торжестве присутствовали Митрополит Минский и Слуцкий Филарет, Патриарший Экзарх всея Беларуси, преподаватели университета, ученые-физики, студенты.
Маятник Фуко представляет собой четырехгранную застекленную пирамиду высотой 7,5 метров, внутри которой на стальной проволоке подвешен шар массой 27 килограммов. Специальный магнит, который приводит маятник в движение, изготовлен в Калуге. Полная амплитуда колебания составляет 2,5 метра.
Находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней наблюдатель заметит, что плоскость качаний маятника медленно поворачивается относительно Земли в сторону, противоположную вращению нашей планеты. На широте Минска за звездные сутки маятник описывает дугу в 290 градусов, то есть в час сдвигается на 12 градусов (на полюсах плоскость качания маятника совершает полный оборот каждые сутки). Маятник Фуко в минском педуниверситете – первый в нашей стране и третий в СНГ (еще такие сооружения есть в планетариях Санкт-Петербурга и Смоленска). Всего в мире таких приборов около двадцати, в том числе в США, Франции, Румынии, Австралии, Кувейте.
А можно ли подобное сооружение изготовить собственными силами, используя простой, всем доступный реквизит, в небольшой лаборатории или дома?
Модели маятника Фуко
Предлагаю два варианта: механическая и электромеханическая модели маятника Фуко.
Механическая модель
Для демонстрации опыта необходимы следующие материалы:
- пробка – 1 шт.;
- булавка – 2 шт.;
- вилка – 3 шт.;
- тарелка – 1 шт.;
- груз (яблоко или картофелина) – 1 шт.;
- нить;
- соль.
Изготовление:
- с помощью пробки и вилок соорудите пирамиду;
- используя нить и булавки, закрепите груз за нижнюю часть пробки;
- поместите пирамиду на тарелку, при этом нижняя булавка не должна касаться дна;
- по краю дна тарелки по окружности в виде холмика насыпьте соль.
Более 500 лет назад польский астроном Николай Коперник впервые показал, что Земля вращается. Однако наглядно доказать это трудно. Хотя окружная скорость земной поверхности и достигает на экваторе огромной цифры- 465 метров в секунду, но мы не замечаем ее, так как сами вращаемся вместе с Землей.
Важнейшее проявление вращения Земли - смена дня и ночи не являлось прямым подтверждением этого явления. До Коперника предполагали, что Земля неподвижна, а вращаются миры, окружающие ее. Другие проявления вращения Земли, как, например, отклонение течения рек и искривление направления постоянных ветров, дующих в тропическом поясе, становятся заметными лишь при длительных наблюдениях и, очевидно, не могут наглядно подтвердить вращение Земли. Доказательство этого факта было дано спустя три столетия после открытия Коперника, когда Фуко в 1851 году подвесил свой маятник под куполом парижского Пантеона.
В 1931 году в Ленинграде, в здании бывшего Исаакиевского собора, также был установлен маятник Фуко. Этот маятник представляет собой тяжелый (54 кг) шар с длинным острием. Он подвешен на тонкой проволоке, которая укреплена под куполом собора на высоте 98 метров в стакане с шарикоподшипником, что не позволяет проволоке закручиваться. На полу, под маятником, расположены сектора, размеченные на градусы.
Опыт Фуко основан на свойстве маятника сохранять все время одну и ту же плоскость качания, как бы ни поворачивалась опора его подвеса. Перед началом опыта острие шара устанавливают над чертой сектора, обозначенной как О градусов, и, отведя шар в сторону, привязывают тонкой ниткой, которую затем пережигают. После этого маятник начинает качаться в неизменной плоскости с периодом колебаний в 20 секунд. Примерно через 5 минут сектор под маятником поворачивается на 1 градус против часовой стрелки, что. и определяет направление и угловую скорость вращения Земли.
Из приведенного описания легко установить основной недостаток опыта Фуко: демонстрировать его можно только в очень высоких помещениях, так как с уменьшением размеров маятника отклонение плоскости качания от начального положения за ограниченный промежуток времени становится все менее заметным.
Со дня первого опыта Фуко ученым не удалось предложить новых наглядных пособий и методов доказательства вращения Земли, хотя делались многочисленные попытки создать для этого специальные приборы. Упомянем хотя бы о многократно повторявшемся опыте падения тел с высоты, при котором тело отклоняется к востоку, то есть по направлению вращения Земли. Однако величина этого отклонения невелика. Например, при высоте 85 метров в средних широтах она составляет всего около 10 миллиметров. Таким образом, этот опыт для наглядной демонстрации непригоден.
Изучение вращения Земли продолжает оставаться актуальным и для наших дней. Это необходимо для атеистической пропаганды, для астрономических наук, а в школах и институтах - для физических опытов. В течение ряда лет мы работали над созданием наглядных приборов, которые могли бы показать суточное вращение Земли. Приборы, сконструированные нами, отличаются от маятника Фуко в основном тем, что не отстают от вращающейся Земли, а обгоняют ее. Опишем кратко устройство некоторых из них. Основным таким прибором является вращающийся маятник. Его главная часть - прямоугольная рамка, опирающаяся на два острия. Внутри рамки на горизонтальной оси может вращаться стержень с двумя равными грузами. В движение он приводится двумя пружинами. Для регистрации поворота прибора к рамке прикреплена стрелка. Чтобы привести прибор в действие, стержень вращают рукой до полного растяжения пружин. Затем он устанавливается горизонтально и привязывается к рамке тонкой ниткой. Через несколько секунд стрелка перестает дрожать, следовательно, прибор относительно вращающейся Земли не перемещается. Его пуск осуществляется простым пережиганием нитки.
Под действием пружин стержень начинает вращаться, и через 15- 20 секунд, как только он разовьет достаточное для преодоления трения в центрах рамки число оборотов, прибор обгоняет вращающуюся Землю. Наблюдатели регистрируют это движение по отклонению стрелки от начального положения. Таким образом обнаруживается вращение Земли и направление этого движения против часовой стрелки. Весь процесс, включая завод маятника, занимает не более 4-5 минут.
Действие прибора основано на известном в физике законе сохранения момента количества движения в случае вращения тел. Согласно этому закону, произведение веса каждой частицы тела на расстояние от оси вращения и на скорость должно оставаться постоянным. В нашем приборе расстояние грузов на стержне от вертикальной оси имеет наибольшее значение при горизонтальном положении стержня, то есть в момент пережигания нити, и наименьшее значение в то время, когда он проходит через вертикаль. До пережигания нити стержень, участвуя во вращении Земли, имеет угловую скорость относительно вертикальной оси, равную скорости вращения Земли. После того как нить пережигается, расстояние грузов от вертикальной оси меняется, но остается всегда меньше, чем при пуске прибора. Поэтому такое уменьшение расстояния сопровождается увеличением угловой скорости грузов и всего прибора относительно Земли. В результате прибор обгоняет Землю и поворачивается вокруг вертикальной оси на некоторый угол, указываемый стрелкой.
При высоте в 2400 миллиметров и весе 9 килограммов (в том числе вес грузов 3 килограмма) скорость вращения рамки прибора превышает скорость вращения Земли примерно в 15 раз. Это значит, что при непрерывном вращении стержня с грузами, например, от электродвигателя, рамка прибора на широте Ленинграда сделает в сутки полных 13 оборотов. При увеличении высоты до 3000 миллиметров с соответственным увеличением веса грузов скорость вращения прибора превысит скорость вращения Земли примерно в 25 раз, что еще более увеличит наглядность опыта.
Вращающийся маятник выгодно отличается от маятника Фуко своими незначительными размерами, позволяющими устанавливать его в небольшом помещении, краткостью времени, в течение которого влияние суточного вращения Земли на прибор становится заметным наблюдателям, и, наконец, его невысокой стоимостью. Однако вращающийся маятник неудобен тем, что его необходимо заводить перед пуском. Это может быть устранено заменой пружинного привода электродвигателем.
Разработанный нами другой прибор - качающийся маятник - основан на принципе действия вращающегося маятника, но отличается от него отсутствием пружин. Кроме того одинаковые грузы в нем заменены грузами разного веса. Перед демонстрацией стержень с грузами также привязывают нитью к рамке, затем нить пережигают, и прибор действует аналогично вращающемуся маятнику. Его отличие от маятника Фуко заключается в том, что он имеет негибкий стержень, который может качаться лишь в плоскости рамы, поэтому вращение Земли вызывает вращение всей рамы в центрах, вокруг вертикальной оси.
Вращающийся и качающийся маятники нашей конструкции установлены и демонстрируются в Московском планетарии.
Следует отметить, что эти приборы позволяют непосредственно измерить силы, возникающие при движении всех тел на вращающейся Земле. Для того чтобы выполнить такое измерение, на вертикальную ось рамки прибора в направлении против часовой стрелки наматывается нить, которая затем перекидывается через блок. К концу нити привязывается гиря весом в 5-10 граммов. Таким образом на оси маятника создается дополнительный момент сил, увеличивающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при работе прибора отклоняется на угол, значительно больший, чем при пуске без гири.
Затем та же нить наматывается на ось в направлении по часовой стрелке, и создается момент сил, уменьшающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при этом отклоняется на угол, значительно меньший, чем при пуске с гирей в первом опыте. По разности углов отклонения стрелки и весу гири можно легко определить величину сил, возникающих от вращения Земли.
Вокруг оси. Он назван в честь своего изобретателя, французского ученого Жана-Леона Фуко, который впервые продемонстрировал его действие в в 1851 году. На первый взгляд, в устройстве маятника нет ничего сложного. Это простой шар, подвешенный к куполу высокого здания на длинной веревке (67 метров во время первого опыта). Если толкнуть маятник, то спустя несколько минут шар будет двигаться не по прямой линии а «выписывать восьмерки». Такое движение придает шару вращение нашей планеты.
Сейчас оригинал прибора хранится в парижском Музее Ремесел в церкви Святого Мартина в Полях, а его копии широко растиражированы и используются в многочисленных музеях естествознания. На родных просторах маятник Фуко почему-то использовался как аргумент в пользу небытия Бога. Однако невинному наглядному пособию суждена была более широкая слава - литературная. Ибо оно послужило названием для известного романа.
Произведение Умберто Эко «Маятник Фуко» по праву считается образцом постмодернизма. Автор - весьма начитанный и эрудированный человек - буквально засыпает читателя цитатами, аллюзиями и ссылками на другие литературные произведения, исторические факты и источники. Поклонники творчества этого писателя советуют читать его книги, имея под рукой большой энциклопедический словарь. Но не потрясти своими знаниями и не просветить людей желает Эко - его замысел более грандиозный.
Завязка книги кажется вполне реалистичной: студент Казобон пишет научный труд о рыцарей-тамплиеров. Он становится дружен с Бельбо и Дтоталлеви, сотрудниками издательства «Гарамон». Далее повествование слегка соскальзывает с твердой почвы реальности в туманную область непроверенных гипотез, предположений, эзотерических фантазий и мифов. На голову читателей сыплются как исторические факты о рыцарях-храмовниках, так и пространные цитаты из Каббалы, «Химической Свадьбы» розенкрейцеров, а еще гностические формулы и сведения о магическом значении цифр у пифагорейцев. Главный герой романа «Маятник Фуко» задумывается над посмертной судьбой организации тамплиеров, особенно после того, как некий полковник, явившись в издательство, оставляет им «План рыцарей ордена Храма», который начертан на века. То, что на следующий день военный бесследно исчезает, только усиливает уверенность Казобона в том, что документ - не фальшивка.
Постепенно главный герой совсем потерял под ногами твердую почву истины. Павликиане и розенкрейцеры, ассасины, иезуиты, и несториане заменяют ему реальных людей. Казабон сам становится «одержимцем», полностью уверовав в План, хотя его подруга Лия и уверяет, что документ - всего лишь расчеты продавца из магазина цветов. Но уже поздно: разгоряченное воображение подсказывает герою, что они должны искать теллургическую ось мира в парижской церкви святого Мартина, где сейчас размещается Музей Ремесел и где качается под куполом маятник Фуко. Там на них нападает толпа других «одержимцев», желающих завладеть планом и открыть ключ к абсолютной власти - герметистов, гностиков, пифагорейцев и алхимиков. Они убивают Бельбо и Лию.
Что хотел сказать в романе «Маятник Фуко» Умберто Эко? То, что эзотерика - опиум для интеллектуалов, как религия - для народа? Или же что навь, стоит только к ней прикоснуться, вылезает в реальный мир, как из ящика Пандоры? Или же что поиски золотого ключика, с помощью которого можно управлять всем миром, оборачиваются тем, что ищущий становится пешкой в игре неведомых сил? Ответить на этот вопрос автор предоставляет самому читателю.
