Образование - Физика - Каким образом маятник Фуко доказывает вращение Земли?

Может маятник, который качается вперед и назад, прямо здесь, на поверхности Земли наглядно показать и убедительно доказать, что Земля вращается вокруг своей оси? Прочитайте этот бизнес сайт пост, чтобы найти ответ. Знаете Ли Вы?В principia размещены в конференц-центр Орегона находится самый большой в мире маятник Фуко. Она включает в себя 900-килограммовый шар, который подвешен с помощью 70-метровый кабель. Он постоянно качается на высоте 20 футов над головами посетителей. Без глазея на небо через огромный телескоп, или быстрая поездка на Международную космическую станцию, вы сможете убедительно доказать, что Земля вращается вокруг своей оси? Кажется, почти невозможная задача, не так ли? Однако, как продемонстрировал французский физик Жан Бернар Леон Фуко еще в 1800-х годах, можно сделать, что прямо здесь, на самой Земле.

Родился в 1819 году, Фуко был сыном французского издателя. С раннего возраста он проявил исключительное мастерство в создании механических игрушек.. Он изучал медицину, но затем перешел к изучению физических наук в Парижской обсерватории. Фуко считается одним из самых одаренных и разносторонних экспериментаторов всех времен. Ему приписывают изобретение гироскопа, который является важным инструментом используется для указания фиксированного направления во время быстрых движений. Он образует важную роль в многие используют навигационные системы сегодня.

В 1851 году Фуко разработал инновационный эксперимент, чтобы проверить вращение Земли. Его основным аппаратом был большой маятник, который позже стал известен как маятник Фуко в его честь. Здесь мы должны выяснить, как маятник Фуко доказывает, что земля вращается. Однако, перед этим, давайте рассмотрим несколько важных понятий в физике, которые формируют основу этого эксперимента. Маятники и концепции InertiaSir Исаак Ньютон объяснил, что если внешняя сила приложена к телу, он начнет двигаться по прямой линии. Тогда это тело будет продолжать свое поступательное движение, пока другой внешней силы применяется для прерывания/перенаправить его. Ньютон назвал это способность тела сопротивляться любым изменениям в состоянии движения, в том числе и скорость, а также направление движения, как инерция.

Хороший пример эффект инерции, когда тормоза в автомобиле вы сидите, вдруг применил. Когда автомобиль останавливается из-за трения, инерции вызывает ваше тело, чтобы продолжать двигаться вперед пока ты не перестанешь себя с помощью рук или с помощью ремней безопасности. Это переживается как внезапное рывок.

Маятники-это устройства, которые работают на концепцию инерции. Они, как правило, включают в себя Боб, который обычно взвешенный шар, подвешен одним концом натянутого троса или провода, а другой конец держал в руке или привязывали к неподвижной точке на некоторой высоте.

Когда Боб отстранился и вышел, он опускается вниз и движется вперед под действием силы тяжести и инерции, соответственно, до тех пор, пока длина строки ограничивает свои путешествия. После этого, он качнется обратно и снова из-за тех же сил.

Таким образом, маятник продолжает свободно двигаться под влиянием гравитации и инерции противостоит только воздух вокруг него. Количество разработанных инерции зависит от массы Боба, который также определяет время, необходимое для сопротивления воздуха, чтобы остановить маятник часов качается.

Чем больше вес Боба и больше длина его качать, тем больше будет времени, в течение которого он будет продолжать размахивать. Сопротивление воздуха будет продолжать бороться с его движения и снизить скорость, наконец, доведя его до остановки. Демонстрация ExperimentTo маятник Фуко понять, как работает маятник Фуко, позволяет выполнять более простую версию своего оригинального эксперимента. На следующей картинке показана настройка. Маятник Фуко с двумя упавшие колышки , как видно на рисунке выше, маятник изготовлен путем приостановления действия достаточно тяжелый шар на длинной проволоки/струны, которая крепится к неподвижной точке на крыше высокий потолок, широкий зал или комнату. Мяч должен быть тяжелым и провод достаточно длинный, так что маятник способен преодолеть сопротивление воздуха и дальше качается долго.

Ряд легких деревянных колышков расположены циркулярно и равноудалены друг от друга на этаж ниже маятника. Эти колышки выбраны так, что они падают легко идет на контакт с тяжелым мячом, не влияя на скорость или изменить направление своего качания. Мяч затем потянул вверх и привязана к стабильной стационарной точки в комнате с помощью небольшого кусочка строки.

Чтобы начать эксперимент, в этой строке сгоревший, который освобождает маятник и качается. Причина, почему этот метод сжигания строку используется, что предотвращает случайное введение любой момент, потому что для нашего эксперимента, чтобы работать должным образом, нам нужен мяч, чтобы качаться взад и вперед в почти прямой линии.

Устроено правильно, на первой качели мяч, он сбивает двух диагонально противоположных колышков (как показано), которые лежали на пути своего качания. Затем мяч продолжает колебаться, не нарушая каких-либо других постоянных колышки. Это можно допустить на время, гарантируя, что качания маятника и остальные экспериментальной установки остается нетронутой. Маятник Фуко с четырьмя упавшие колышкипосле достаточно длительного периода времени (обычно около часа или более), маятник сбивает еще два диагонально противоположных пару колышков, как показано на рисунке выше. Поскольку все больше и больше времени проходит, маятник периодически держит сбивая стоят колышки, пока, наконец, сопротивление воздуха замедляет ее, наконец, в результате его остановки, тем самым закончив эксперимент. Наблюдение и ExplanationIn выше демонстрации, мы отметили, что маятник продолжает качаться в том же русле, под действием силы тяжести и инерции в одиночку. Не было никакой внешней силы, действующей на него, который мог бы изменить его траекторию. Несмотря на это, казалось бы, вращается в плоскости его качания, и смог сбить несколькими комплектами диагонально противоположные колышки.

Единственное объяснение этому феномену заключается в том, что пока маятник качнулся взад и вперед, спокойно, по прямой, Земля и, следовательно, пол под маятник переместился, таким образом, вращая круг колышков вместе с ней. Это вызвало более постоянного колышки, чтобы прийти в линейке качания маятника, и поэтому они тоже были сбиты. По сути, плоскость колебаний маятника остается неизменной, в то время как Земля под ним перемещались, меняя ориентацию пола по отношению к нему.

Сейчас, кстати, этажом ниже перемещается относительно постоянного качания в плоскости маятника, зависит от местоположения на поверхности земли, где этот эксперимент проводится. Это показано на рисунке ниже. Соответствующее ходатайство пола в разных местахесли эксперимент проводится именно в Северном или Южном полюсе, Земля и дом этаж будет вращаться под плоскость маятника принимать один сидерический день (23. 93 часа), чтобы завершить поворот, и все колышки падают. Если эксперимент проводится где-то вдоль экватора, здание будет вращаться вместе с Землей, путешествуя на восток вдоль земной оси. Как не будет скручивания на полу, после первоначального пара колышков падать, ни один из других колышков упадет. Если эксперимент проводится в каком-то месте между полюсом и Экватором, движение пола здания, относятся с уважением к постоянным качели-самолет маятника, будет комбинация вращения и путешествий. В результате он закручивается под маятником, хотя и более медленными темпами, чем вращение Земли. Маятник не поделиться этим вращательным движением, и, следовательно, его плоскость качания остается постоянным при изменениях этаж ориентация, так что колышки выбиваются последовательно. Степень закрутки в день (N) определяется по следующей формуле:

Н = 360º грех φ

Если маятник Фуко используется в 30º южной широты, это поворот на 180º в день и завершит полный оборот в течение двух дней. Таким образом, с помощью маятника Фуко, мы можем убедительно доказать, что Земля вращается вокруг своей оси.

Эксперимент маятник оригинальной Фуко

Чтобы доказать, что вращается Земля, Леон Фуко осуществил маятник эксперимент в Меридиан Парижской обсерватории в феврале 1851. Несколько недель спустя, он проводил демонстрацию еще раз с помощью 28 кг, латунь-покрытие свинцовых Боб, который был отстранен от купола пантеона в Париже, с помощью 67-метрового провода металла.

Когда этот маятник начал осциллировать, было отмечено, что маятник постоянно качается меняет направление по часовой стрелке в размере около 11 градусов в час прохождения полного кругового вращения 32. 7 часов, тем самым доказав, что Земля вращается. В заключение, маятник Фуко-один из самых простых и самых элегантных способов для доказательства вращения Земли. С момента своего первоначального демонстрации, он получил большой интерес в целом, а также научными сообществами. На сегодняшний день существует несколько маятников Фуко по всему миру, встречается в основном в университетах, научных музеев и планетариев. Чтобы предотвратить сопротивление воздуха, замедляя и останавливая маятники, многие из этих мест используют электромагнитные приводы, двигатели и т. д.. удержать Боб непрерывно осциллируя для аудитории, чтобы увидеть. Таким образом, маятник Фуко эксперимент по-прежнему находит большое популярностью среди молодых и старых.

Комментарии