Для чего нужен маятник фуко
Как объяснить даже ребенку, что такое маятник Фуко
Напомним, что маятник Фуко — это экспериментальный прибор, с помощью которого можно наглядно наблюдать суточное вращение Земли. Он представляет собой достаточно длинную (в оригинальной конструкции Жана Фуко длина составляла 67 м) стальную проволоку, на которую подвешен груз. С течением времени плоскость колебаний маятника изменяется, медленно поворачиваясь в сторону, противоположную направлению вращения Земли, причем географическое положение (широта) прибора влияет на скорость изменений.
Представить себе плоскость, неподвижную относительно звезд и, соответственно, вращающуюся относительно Земли, очень сложно. Слишком велика Земля, слишком привычна нам ее кажущаяся «плоскость», а почувствовать вращение на себе и вовсе невозможно. Маятник Фуко наглядно демонстрирует нам эффект суточного вращения, но, даже глядя на него, не всегда легко понять и принять его «показания».
А представьте себе ситуацию: подходит к вам ребенок и спрашивает: я тут прочитал про какой-то маятник Фуко, который доказывает, что Земля вертится, и ничего не понял. Можешь мне как-то попроще объяснить? Конечно, отвечаете вы и строите модель маятника прямо на кухне.
Лаймы и иголки
Построить модель можно практически из чего угодно, можно сделать ее красивее, больше, фотогеничнее. Мы предпочли использовать простые предметы, которые можно в считаные минуты найти почти на любой кухне. Не понадобится даже идти в магазин.
Итак, тарелка, три вилки, две иголки, пробка, какой-либо груз (лайм, картофелина, маленькое яблоко), катушка ниток, соль. Тарелка исполняет роль Земли, а стол, на котором она стоит, — неподвижной системы координат, в которых Земля вращается (проще говоря — звезд). Из всего этого несложно соорудить конструкцию, изображенную на первом фото. Самое трудное — подобрать длину нити, чтобы кончик иголки едва-едва не касался поверхности тарелки. Очень важно соблюсти центровку, то есть проследить, чтобы кончик иглы вышел из самой серединки плода, который используется в качестве груза.
Затем мы запускаем систему — лучше всего оттянуть груз в сторону и отпустить. Маятник начинает колебаться. Если мы будем поворачивать тарелку вокруг оси, обнаружится, что маятник не поворачивается вместе с ней, а продолжает колебаться в постоянной плоскости! Соль в данном случае используется для наглядности — при повороте тарелки кончик иглы вычерчивает новую траекторию.
Теперь достаточно представить, что тарелка очень большая — диаметром с Землю. И она вертится, как по легенде говаривал Галилей, самостоятельно, подобно тому, как мы вращаем тарелку рукой. А маятник Фуко, спускаясь с купола Московского планетария или парижского Пантеона, выписывает затейливую фигуру, постоянно изменяя плоскость колебаний относительно Земли. Точнее, это Земля изменяет свою позицию относительно маятника. Как тарелка.
Что такое маятник Фуко, как он работает и для чего нужен? Кто и как его изобрел?
В число значимых изобретений 19-го века стоит включить маятник Фуко. Он позволяет наглядно доказать неоспоримый факт о том, что наша планета вращается.
Кто придумал маятник Фуко?
Принцип его работы показан в этом видео:
После демонстрации маятника на родине изобретателя, его подобия стали конструировать в других государствах. Принцип работы последующих устройств походил на изначальный вариант изобретения. Разница была лишь в характеристиках площадок для установки маятника.
Интересно то, что Фуко вообще мог не сделать своего открытия. Ведь изначально он собирался посвятить жизнь медицине, активно изучая гистологию. Но затем он произвел несколько исследований по оптике и решил, что физика и астрономия его интересуют больше.
В число важных достижений Фуко также входит:
Фуко оставил после себя большое научное наследие. Его работы даже были систематизированы физиками и собраны в специальный научный том, вышедший в 1878-м году.
Фуко обладал неплохими задатками журналиста, умел грамотно представить мысли на бумаге. С 1845-го года редактировал научные разделы французского издания «Journal des Debats».
Самые большие маятники
К числу самых крупных маятников Фуко относится тот, который установлен в Киевском институте, Украина. Вес шара составляет 43 кг, а длина нити 22 м. Украинские инженеры создавали его более двух месяцев.
Одним из самых тяжелых шаров обладает белорусский маятник (60 кг). Самое интересное, что модель находится не в каком-то серьезном научном учреждении, а в обычной гомельской школе. Для поддержания постоянного вращения в здании смонтировали современную электромагнитную систему. В дополнение к этому была встроена наглядная светодиодная индикация.
Казалось бы, что нет сложности в создании механизма, первые модели которого появились почти два века назад. На самом деле конструировать маятники Фуко непросто.
В мире насчитывается всего несколько десятков штук. И чем больше вес шара, тем сложнее установить демонстрационную модель на поверхности.
Как работает маятник Фуко?
Основные конструктивные элементы современных маятников Фуко практически не отличаются от самого первого изделия. Французский физик подвесил груз в 28 кг на расстоянии 67 м от пола. На основании шара имелось металлическое острие. На твердую поверхность под конструкцией насыпался песок.
После запуска маятника тот начинал раскачиваться. Его острие прочерчивало следы, формируя траекторию вращения. Всего первая модель раскачивалась 16 секунд. Отклонение от каждого предыдущего вращения с одной стороны составляло порядка 3 мм.
Интересные факты об изобретении
С маятником Фуко связано несколько занимательных фактов:
Маятник Фуко на службе у атеизма
В 1931-м году большевики решили демонстративно показать превосходство науки над религией. Маятник Фуко отлично сгодился для этой цели. Его повесили в Исаакиевском соборе, который в то время приспособили под музей атеизма. Все службы в нем были прекращены, иконы сняты, а настоятель арестован.
Советским гражданам на экскурсиях демонстрировалась работа маятника, и объяснялся принцип действия. В 80-х годах маятник решено было снять в связи с неисправностью крепежных механизмов и отправить на хранение в подвал собора.
Сами священнослужители считают подобный эксперимент вполне нормальным и никак не опровергающим существование Бога. Ведь христианство не отрицает того факта, что Земля круглая и имеет свою траекторию вращения.
Маятник Фуко не стал революционным изобретением для своего времени. Но он считается одним из главных доказательств вращения планеты. Принцип работы механизма можно объяснить даже ученику средней школы.
Видео: принцип работы самодельного маятника Фуко
В этом ролике изобретатель Олег Ульянов сделает данное устройство, демонстрирующее и подтверждающее вращение земли самостоятельно:
Новое в блогах
Маятник Фуко.
Надо знать: маятник Фуко в Исаакиевском соборе
11 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе состоялся первый опыт с маятником Фуко, при котором присутствовали семь тысяч зрителей. Долгое время знаменитый маятник был частью музейной экспозиции и легендой Исаакия для нескольких поколений. Рассказываем о принципах действия механизма и непростой судьбе петербургского маятника Фуко.
После Октябрьской революции 1917 года Исаакиевский собор перестал существовать как храм: все церковные ценности были изъяты, настоятель арестован и прекращены службы. 12 апреля 1931 года в соборе был открыт один из первых в Советской России антирелигиозных музеев. Накануне, в ночь с 11-го на 12 апреля, внутри в присутствии семи тысяч зрителей впервые был показан опыт с маятником Фуко.
Что такое маятник Фуко?
Маятник Фуко используется для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Впервые эксперимент с маятником был осуществлён ночью 8 января 1851 года французским физиком и астрономом Жаном Фуко в подвале дома. После того как эксперимент был повторён в узком кругу лиц, будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже.
Во время эксперимента учёный взял груз весом 28 килограммов и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 метров. На конце груза учёный закрепил металлическое остриё. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника острый стержень, закреплённый снизу груза, сбрасывал песок приблизительно в трёх миллиметрах от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11 градусов, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Фуко таким образом доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник Фуко не показывал бы изменения плоскости колебаний.
Кстати, на плоскость вращения маятника влияет как географическая широта места, где он установлен, так и длина подвеса (длинные маятники вращаются быстрее). Например, маятник, установленный на Северном или Южном полюсе, будет делать оборот за 24 часа. А маятник, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться, плоскость останется неподвижной.
Где можно увидеть маятник Фуко?
Маятник Фуко впоследствии получил распространение во многих странах. Существующие приборы в основном сконструированы по одному и тому же принципу и различаются между собой по техническим параметрам и дизайну площадок, на которых они установлены.
В России на действующий маятник Фуко можно просмотреть в Московском планетарии, Сибирском федеральном университете, в атриуме седьмого этажа Фундаментальной библиотеки МГУ, Санкт-Петербургском и Волгоградском планетариях, в Приволжском федеральном университете в Казани.
С 1931-го до 1986 года маятник Фуко длиной 98 метров можно было увидеть в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге. Во время проведения экскурсии посетители собора могли наблюдать за экспериментом: плоскость вращения подвешенного под куполом маятника поворачивалась — и стержень сбивал спичечный коробок на полу поодаль от плоскости вращения маятника.
О судьбе петербургского маятника Фуко
В 1986 году маятник сняли и убрали в подвал Исаакиевского собора в связи с неисправностью подвесного механизма. На крюк под куполом поместили голубя — изначального обитателя этого места. 30 лет маятник Фуко находился в хранилище, но в 2016 году его достали вновь. К Дню космонавтики была запланирована единственная демонстрация его работы, а потом он стал частью музейной экспозиции. Директор ГМП «Исаакиевский собор» Николай Буров предлагал властям города показывать маятник на площади перед собором, но эта инициатива не нашла поддержки. В связи со сложившейся спорной ситуацией в судьбе собора и возможным переездом музея Буров заявил, что маятник Фуко как музейный экспонат переедет вместе с остальной частью коллекции.
VSEON.com
Лента новостей
Онлайн-версии
Маятник Фуко
В Большом новосибирском планетарии уже пять лет для всех желающих работает башня Фуко, в которой можно увидеть эксперимент с маятником, демонстрирующий суточное вращение Земли. Примечательно, что новосибирский маятник Фуко является одним из крупнейших в России: длина его нити – 15 м, а весит он 32 кг.
Маятник Фуко – что это и с чем его едят?
За проведение опыта с маятником Жан Фуко был удостоен Ордена Почетного легиона – высшей награды Франции.
Он получил свое название от фамилии французского физика-астронома и используется для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Впервые эксперимент с маятником был проведен Жаном Фуко в подвале дома ночью, в январе 1851 года. К вершине свода погреба он прикрепил двухметровую проволоку из закаленной стали и подвесил на ней 5-килограммовый латунный шар. Отведя шар в сторону, зафиксировав его с помощью нити возле одной из стен, Фуко пережег нить, предоставив маятнику возможность свободно качаться. И уже через полчаса он стал свидетелем вращения Земли. На следующем этапе своего эксперимента ученый взял груз уже весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза Жан Фуко закрепил металлическое острие. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника острый стержень, закрепленный снизу груза, сбрасывал песок приблизительно в 3 мм от предыдущего места. Через пару часов стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11 градусов, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Фуко таким образом доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник не показывал бы изменения плоскости колебаний. После того как эксперимент был повторен в узком кругу лиц, будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже.
География маятников
На плоскость вращения маятника влияет географическая широта места, где он установлен. Если, к примеру, его поставить на Северном или Южном полюсе, то он будет делать оборот за 24 часа. А маятник, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться. Еще один фактор – длина подвеса. Длинные маятники вращаются быстрее.
После эксперимента французского астронома маятник Фуко стали использовать по всему миру. Существующие приборы сконструированы по одному и тому же принципу и различаются между собой разве что техническими параметрам да дизайном площадок, на которых установлены.
С 1931 до 1986 года маятник Фуко длиной 98 м можно было увидеть в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге. Во время проведения экскурсии посетители могли наблюдать за экспериментом: плоскость вращения подвешенного под куполом маятника поворачивалась, и стержень сбивал спичечный коробок на полу поодаль от плоскости вращения. В 1986 году маятник сняли и убрали в подвал Исаакиевского собора в связи с неисправностью подвесного механизма. На крюк под куполом поместили голубя – изначального обитателя этого места. 30 лет маятник Фуко находился в хранилище, но в прошлом году его достали вновь. Ко Дню космонавтики была запланирована единственная демонстрация его работы, а потом он стал частью музейной экспозиции. Директор ГМП «Исаакиевский собор» Николай Буров предлагал властям города показывать маятник на площади перед собором, но эта инициатива не нашла поддержки. Кстати, маятник, висевший в Исаакиевском соборе, был самым большим в мире. Длина его нити – 98 м, а весит бронзовый маятник 54 кг.
Сегодня в нашей стране на действующий маятник Фуко, кроме новосибирского планетария, можно просмотреть также в московском планетарии (здесь находится маятник с длиной нити 16 м и массой шара 50 кг), Сибирском федеральном университете (длина нити – 20 м). Прямо сейчас качаются маятники в Санкт-Петербургском (длина нити – 8 м) и Волгоградском (массой 12 кг и длиной нити 8,5 м) планетариях, а также в атриуме седьмого этажа Фундаментальной библиотеки МГУ, в Приволжском федеральном университете в Казани. Еще один маятник Фуко находится в Барнауле в АлтГТУ им. И.И. Ползунова на кафедре экспериментальной физики. Длина его нити составляет 5,5 м.
В Беларуси маятники Фуко установлены в Белорусском государственном педагогическом университете им. Максима Танка (длина нити – 7,5 м) и на мемориальном комплексе «Буйничское поле» в городе Могилеве. Действующий маятник в настоящее время есть в Техническом университете Молдовы.
Самый большой в СНГ и один из самых крупных маятников Фуко в Европе установлен в Киевском политехническом институте. Шар из бронзы весит 43 кг, а длина нити составляет 22 м.
Всего в мире моделей маятников Фуко около 20, в том числе в США, Франции, Румынии, Австралии, Кувейте и других странах. Гигантские маятники такого рода сегодня являются обычными экспонатами в некоторых крупных музеях, включая Смитсоновский музей в Вашингтоне и Музей науки в Лондоне. Есть свой маятник и в штаб-квартире Организации объединенных наций в Нью-Йорке, а самый высокий из действующих маятников Фуко в мире размещен в Орегонском Конференц-центре, длина его нити – 27,4 м.
Повторить опыт астронома в домашних условиях – реально
Редакция журнала «Всё о новостройках» изучила способы изготовления маятника Фуко в домашних условиях. Приведенные варианты могут пригодиться, к примеру, для наглядной демонстрации детям суточного вращения Земли.
Вариант 1. Привяжите к карандашу нитку с небольшим круглым грузом, например, с гайкой. Положите на стол линейку и, держа карандаш горизонтально, подтолкните маятник, чтобы он качался вдоль линейки. Далее нужно постепенно поворачивать карандаш в горизонтальной плоскости. Поворот карандаша не повлияет на маятник, он будет по-прежнему качаться вдоль линейки. Во время этого опыта не должно быть ветра, сквозняка, которые могли бы оказать влияние на маятник.
Вариант 2. Можно перевернуть вверх ногами табурет и укрепить на концах двух его ножек, по диагонали, какую-либо деревянную палку или металлическую трубку, ровно по середине данной конструкции необходимо привязать маятник. Заставьте его двигаться так, чтобы плоскость его качания проходила между ножек табурета. Медленно поворачивайте табурет вокруг его вертикальной оси. Теперь маятник качается уже в другом направлении. На самом деле он качается все так же, а изменение произошло из-за поворота самого табурета, который в данном опыте играет роль планеты Земля.
Вариант 3. Возьмите деревянную доску длиной 50–60 см, шириной 12–15 см и толщиной 2–3 сантиметра. Укрепите на ней П-образную подставку из узких деревянных реек. Высота подставки должна быть около 30–40 см. В середине верхней перекладины просверлите вертикальное отверстие и вставьте в него кусочек проволоки, загнув верхний конец, чтобы он держался в отверстии. Нижний конец проволочки согните крючком, на нем будет подвешен маятник. Этот крючок должен свободно вращаться в своем гнезде. На тонком шнурке подвесьте к крючку какой-нибудь тяжелый груз (большую гайку или шарик от подшипника, завернув его в ткань). Раскачайте маятник так, чтобы его размах не превышал длины подставки. Поворачивая подставку вокруг ее вертикальной оси против часовой стрелки, вы тем самым повторите в миниатюре вращение Земли с запада на восток. Таким образом, модель Земли поворачивается, а маятник продолжает колебаться в той плоскости, в которой он был запущен.
«И все-таки она вертится!»: самые интересные факты о маятнике Фуко
Знаменитый французский физик, механик и астроном Жан Фуко известен прежде всего, как создатель гироскопа и маятника Фуко. Впервые эксперимент с маятником был осуществлен ночью 8 января 1851 года, ровно 170 лет назад, в подвале дома. Впоследствии Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже. Тогда Фуко взял груз весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза было закреплено металлическое острие. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника металлическое острие сбрасывало песок приблизительно в трех миллиметрах от предыдущего места. Через два с половиной часа стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.
Таким образом Жан Фуко доказал, что маятник показывал изменения плоскости колебаний, а значит, поверхность Земли вращается. «МИР 24» собрал самые интересные факты об этом событии.
Еще больше интересных фактов вы узнаете в программе «Всемирные игры разума». Это программа, в которой сражаются эрудиты и профессионалы в различных областях. Отвечайте на каверзные вопросы вместе с участниками передачи с понедельника по четверг в 23:25 и в пятницу в 21:00 на телеканале «МИР».