Опыт 8.
«Маятник Фуко».
В середине XIX века Жан Фуко изобрёл устройство, которое наглядно демонстрирует вращение Земли. Вначале учёный провёл эксперимент в узком кругу. Позже об этом опыте узнал Луи Бонапарт. В 1851 году будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже. Во время эксперимента Фуко взял груз весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза учёный закрепил металлическое острие. 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°, 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.
тник Фуко является математическим маятником, плоскость колебаний которого медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли относительно земного наблюдателя. Если маятник Фуко находится на Северном полюсе, то ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника ( рис.1).
На Северном или Южном полюсе Земли (ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко совершает поворот на 360° за звёздные сутки (на 15° за звёздный час). На экваторе (ось вращения Земли перпендикулярна плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко неподвижна, а в произвольной точке с географической широтой φ скорость вращения плоскости колебаний идеального маятника Фуко относительно поверхности Земли составляет 15osin φ (в градусах на звёздный час) (рис.2).
Так, в Исаакиевском соборе в Ленинграде с 1931 по 1986 год демонстрировался маятник Фуко на подвесе длиной 93 м.
Рис.2.
Опыт. Маятник Фуко на центробежной машине. Закрепим на диске центробежной машине проволочную дугу и к верхней частит дуги подвесим математический маятник рис.3). Затем мы запускаем систему - оттянем груз в сторону и отпустим. Маятник начинает колебаться. Если поворачивать диск центробежной машины, то обнаружится, что маятник не поворачивается вместе с ней, а продолжает колебаться в постоянной плоскости!
Теперь достаточно представить, что диск очень большой — диаметром с Землю. И он вертится, как по легенде говаривал Галилей, самостоятельно, подобно тому, как мы вращаем диск машины 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. Если вращать диск равномерно, кончик нашего маятника опишет на песке фигуру, аналогичную фигуре, описываемой настоящим маятником Фуко.
Рис.3.
Колебания маятника Фуко подтверждают закон сохранения момента импульса.