傅科摆并不是摆来摆去永不停止,它的特点是以每小时15度的角速度不断地改变其单摆的摆动方向 。傅科摆开始摆动后,其摆幅亦越来越小,最终停止不动 。
傅科摆是依据法国物理学家莱昂·傅科命名的,是证明地球自转的一种简单设备 。
地球既然在自转了,那为什么傅科摆不会动?按平常的想象,摆的运动轨迹在平面上投影应该是一条直线 。不过注意,这是在摆和底下的平面相对静止的情况 。
假设你右手提着一个漏斗(漏斗里面装有沙子),并且在一个平面内摆动这个漏斗,漏斗下面,放一张纸,你可以看到沙子在纸上画出的轨迹是直线段 。
换个情形,底下的纸,转动起来,比如逆时针转动(你可以让你的家人帮帮忙),这时呈现在纸上的沙的轨迹 就是一个园了 。
傅科摆毕竟是在地球上的,如何让他不受到地球对他的作用力的干扰呢(就像你的右手不会受到你家人转纸的干扰一样),所以就要求有足够大的质量,保证足够的惯性 。并去除不必要的摩擦 。
其实,在以后的深入学习中,你会学到一种虚拟力,叫克里奥里力 。就能够解释你的疑问了 。
简单的傅科摆是如何能够证明地球在不停自转的?傅科摆的出现是在1851年,这时距离哥白尼提出日心说已经过去了三个世纪,可以说我们很早就知道了地球在运动这件事,但是一直没法证明 。
因此就算是到了19世纪,也还是有很多人不相信日心说,这些人以感觉不到地球在动为依据依然死守着地心说最后这块堡垒 。
毕竟眼不见不为实嘛,你说地球在自转,那你给我证明一个看看 。
而莱昂·傅科的这个实验以非常巧妙、简洁的方式就证明了地球真的再转,而且这个实验也很容易被大伙重复做出来 。
下面我就说下这个实验为何可以证明地球在自转?以及关于莱昂·傅科的一些故事 。
莱昂·傅科1819年是法国物理学家,出生在巴黎,一开始他并没有攻读物理学,而是学习的是医学,这是他父亲对他的期望 。
可能是出于对父亲的尊重,傅科也当了一名医生,但是他本人对医学并不感兴趣,而是对物理学比较痴迷,喜欢搞个小发明 。
所以他这医生就当的是三天打鱼两天晒网,完全不上心 。一个人有时可能面对有些事很难做出抉择,他往后的路该怎么走 。
巧的是,跟他同村的一位同学叫阿曼德·菲索,他们属于同龄人,也有着相同的经历,同样是当着医生,心理却喜欢搞了发明创造 。
阿曼德希波吕忒路易斯1819-1896法国物理学家 。斐索干涉最出名的是确定光速与福柯里昂
但是菲索本人就比较果断一些,放弃了自己的职业,搞起了物理学研究,所以傅科也就跟着菲索走上了实验物理的道路 。
前期他们两个主要就是对摄影技术的改良和光速的测量,菲索首创了在实验室测量光速的方法,傅科通过改良旋转镜法将光速测量误差缩小到了1% 。
菲索还有一个比较伟大的成就,就是1848年他独立地发现了光波的多普勒效应,指出可以通过恒星光谱的偏移来测量恒星的视向速度,所以对于光波的由于其运动造成的波长的变化也被称为多普勒-菲索效应 。
而傅科最伟大、也最被人熟知的就是他设计的傅科摆 。
傅科摆其实就是一个单摆,区别在于它的规模非常大,设置在法国巴黎先贤祠的穹顶上,摆长达到了67米,而摆锤的直径达到了30公分,重达27公斤 。
摆线肯定也是选用比较细的钢索,而且如此长的摆长和如此重的摆锤只有一个目的,就是减小地球自转给单摆造成影响 。
你看,我们平时感觉不到地球在自转的原因是我们就站在地表,总是跟着地球在自转,不论我们做什么事情,或者是多么精密的实验,我们都无法察觉到地球在动 。
而傅科摆的关键就在于,我们可以利用摆锤摆动时的惯性来抵抗掉地球的自转 。也就是地球自个转自个的,傅科摆依靠惯性摆动,不会跟着地球旋转 。
当傅科摆在一个平面上摆动的时候,由于只有向下的重力存在,没有其他的外力,因此摆动的时候摆锤应该只会在一个平面上摆动 。
如果地球本身也不自转的话,那么摆动平面更不会发生偏移,但是真实的情况是,傅科摆的摆动平面在旋转 。
平面偏移的速度跟所处维度有关系,根据巴黎的维度,傅科摆平面每小时有11°的偏移量,也就是转一周的话需要31小时47分 。
如果把傅科摆放到北极极点,那么傅科摆的平面偏移量每小时就是15°,转一圈刚好24小时 。也就是地球自转一圈的时间 。
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