傅科摆原理(简单的傅科摆)
傅科摆原理(简单的傅科摆)
福柯的钟摆出现在1851年,在哥白尼提出日心说三个世纪之后。可以说,我们很久以前就知道地球的运动,但我们无法证明它。
所以,即使在19世纪,仍然有很多人不相信日心说。这些人还在感觉不到地球在动的基础上,死守着地心说的最后堡垒。
毕竟,看不见的不是现实。你说地球在旋转,证明给我看。
利昂·福柯的实验以一种非常巧妙简洁的方式证明了地球真的又转了,大家很容易重复这个实验。
我来说说为什么这个实验可以证明地球在旋转。还有一些关于里昂·福柯的故事。
莱昂·福柯是法国物理学家,1819年出生于巴黎。起初,他没有学物理,而是学了医学,这是他父亲对他的期望。
可能是出于对父亲的尊重,福柯也成为了一名医生,但他本人对医学并不感兴趣,而是痴迷于物理学,喜欢搞小发明。
所以作为医生,他三天打鱼两天晒网,一点都不在乎。有时候,一个人可能会面临一些很难做出选择的事情,未来该怎么走。
巧合的是,他村里的一个同学就是阿曼德·自由之魂。他们属于同一个时代,有着相同的经历。他们也是在医生面前,但是心理上喜欢搞发明。
阿曼的路易斯1819-1896法国物理学家。斐索干涉最著名的是确定光速和傅科。
但自由灵魂本人更果断,放弃了事业,开始了物理学研究,于是福柯跟着自由灵魂走上了实验物理学的道路。
前期两人主要是改进摄影技术,测量光速。自由灵魂在实验室首创了测量光速的方法,福柯通过改进转镜法将光速的测量误差降低到1%。
自由灵魂的另一个伟大成就是他在1848年独立发现了光波的多普勒效应,指出恒星的视速度可以通过其光谱的移动来测量,因此其运动引起的光波波长的变化也被称为无多普勒灵魂效应。
福柯最伟大最著名的是他的福柯摆。
福柯的钟摆其实就是单摆。不同的是,它非常大。它坐落在法国巴黎万神殿的圆顶上。钟摆长67米,而钟摆直径30厘米,重27公斤。
摆线绝对是一根细钢索,这么长的摆长,这么重的摆只有一个目的,就是减少地球自转对单摆的影响。
你看,我们平时之所以感受不到地球的自转,是因为我们站在地球表面,一直跟着地球自转。无论我们做什么,实验再精密,都探测不到地球的运动。
傅科摆的关键在于我们可以利用摆的惯性来抵抗地球的自转。也就是地球自己转。傅科摆靠惯性摆动,不会跟随地球。
当傅科在平面上摆动时,因为只有向下的重力,没有其他外力,所以钟摆应该只在平面上摆动。
如果地球本身不旋转,摆平面不会偏移,但真实情况是傅科摆的摆平面在旋转。
平面偏移的速度与其所在的尺寸有关。按照巴黎的维度,福柯摆的平面每小时偏移11,也就是公转一周需要31小时47分钟。
如果把福柯放在北极,福柯摆的平面偏移量是每小时15°,转一圈正好需要24小时。也就是地球自转一周的时间。
而且北半球傅科摆摆平面的偏移方向是顺时针方向。如果把实验移到南半球的偏移方向,就变成逆时针方向了。在赤道上,机遇号没有移动。
如上所述,福柯摆的平面本身不运动,唯一运动的是地球的自转。既然我们是站在地球上看福柯摆,那么福柯摆平面的偏移方向正好与地球自转方向相反。
这个实验很简单,证明地球在旋转,所以很多人站在福柯摆前一两个小时,因为只有看着它,才能真正感受到地球在动。
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