Foucault pendul

Foucault pendul

Foucaults pendul i Paris Pantheon
Opkaldt efter Jacques Bernard Leon Foucault
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Foucault-pendulet  er et matematisk pendul , der bruges til eksperimentelt at demonstrere Jordens daglige rotation . Det er et karosseri, der vejer op til flere ti kilo på en fleksibel affjedring op til flere ti meter lang. Den øverste ende af gevindet er fastgjort i et kardanophæng eller på et trykkugleleje for fri bevægelse af pendulet i ethvert lodret plan. Tilstedeværelsen af ​​daglig rotation er ansvarlig for den gradvise rotation af pendulets svingningsplan i forhold til referencepunkterne forbundet med Jorden [1] . Effekten blev først demonstreret af L. Foucault (1851), på nuværende tidspunkt er der aktive Foucault-pendler i verden, der bruges til demonstrationsformål.

Foucaults eksperimenter

Den franske fysiker og astronom Léon Foucault udførte sit eksperiment for første gang klokken 2 den 8. januar 1851 i kælderen i sit hus på hjørnet af Assas.og Vaugirardi Paris . Hertil blev brugt et pendul på 2 meter. I februar gentog han med Aragos tilladelse eksperimentet ved Paris Observatory, denne gang forlængede han pendulet til 11 meter. Froment, Foucaults assistent, deltog også i forberedelsen af ​​eksperimentet [2] .

Den første offentlige demonstration blev allerede gennemført i marts 1851 i Paris Pantheon : under Pantheonets kuppel hang han en metalkugle på 28 kg med en spids fastgjort til den på en stålwire 67 m lang. Fastgørelsen af ​​pendulet tillod det at svinge frit i alle retninger, et cirkulært hegn med en diameter på 6 m blev lavet under fastgørelsespunktet, en sandbane blev hældt langs kanten af ​​hegnet, så pendulet i sin bevægelse kunne trække mærker på sandet, når du krydser det. For at undgå et sideskub ved start af pendulet blev han taget til side og bundet med et reb, hvorefter rebet blev brændt. Svingningsperioden for pendulet med en sådan suspensionslængde er 16,4 sekunder, med hver svingning er afvigelsen fra den forrige krydsning af den sandede vej omkring 3 mm, i en time roterer pendulets svingninger med mere end 11 ° med uret, det vil sige, at den på cirka 32 timer fuldfører en hel omgang og vender tilbage til sin oprindelige position [3] .

Foucaults eksperimenter ved Pantheon blev udført efter anmodning fra præsidenten for Den Anden Republik, Louis Bonaparte (den fremtidige Napoleon III) [4] . En meget udbredt historie er, at pave Pius IX velsignede Foucaults eksperiment, som ville have vist universets skabers almagt. Dokumentation for velsignelsen kendes ikke [5] .

Forklaring af erfaringer

I populærlitteraturen er en fejlagtig forklaring udbredt, hvorefter pendulet angiveligt svinger i et plan, der er stationært i en inerti-referenceramme (i dette tilfælde en referenceramme "forbundet" med stjernerne), og det er hvorfor, set fra en observatør, der befinder sig på Jorden og roterer sammen med den, vil gyngeplanet rotere. I virkeligheden forbliver svingplanets orientering fast i forhold til stjernerne kun for et pendul ved en af ​​planetens poler [1] .

Observation af Foucault-pendulet er en af ​​måderne til at løse følgende interessante problem med P. L. Kapitza [6] :

Astronomiske observationer viser, at planeten Venus er fuldstændig overskyet, så Venus "beboere" bliver frataget muligheden for at observere himmellegemer. Beskriv, hvordan de nøjagtigt kunne måle længden af ​​deres dag. [7]

Ikke-inertiel referenceramme

I en ikke-inertiel referenceramme forbundet med Jorden kan rotationen af ​​pendulets svingplan forklares ved virkningen af ​​Coriolis-kraften , som er maksimal ved polen og fraværende ved ækvator [8] [1] .

Inerti referenceramme

Kun to kræfter virker på pendulets krop - tiltrækningskraften fra Jorden og spændingskraften af ​​ophængstråden. Når man betragter kroppen som et materielt punkt , finder vi ud af, at disse to kræfter, rettet langs de linjer, der skærer hinanden på dette punkt, entydigt sætter pendulets svingplan, som ikke kan ændre sig. Dens rotation i forhold til Jordens overflade skyldes følgelig planetens rotation omkring sin egen akse [1] .

I det enkleste tilfælde - ved polen, hvor jordens rotationsakse ligger i planet for pendulets sving - ser observatøren rotationen af ​​dette plan i den modsatte retning af Jordens rotation, med 360° pr. siderisk dag (23 timer 56 min. 4 s, 15° pr. siderisk time) [1] .

Ved ækvator er Jordens rotationsakse vinkelret på pendulets svingningsplan, som er ubevægelig i forhold til Jorden [1] .

På et punkt med enhver anden geografisk breddegrad kan pendulets svingplan ikke forblive stationært i forhold til stjernerne, men deltager i Jordens rotation. Vektoren for dette punkts rotationsvinkelhastighed sammen med Jorden kan dekomponeres i to komponenter: lodret , som bestemmer pendulplanets rotationshastighed, og vandret , som bestemmer pendulsvingplanets rotation sammen med Jorden . Den lodrette komponent aftager, når man nærmer sig ækvator, så pendulets rotationshastighed i forhold til Jorden falder med faldende breddegrad [1] .

På den sydlige halvkugle er billedet af fænomenet nøjagtigt det samme, bortset fra at drejningen af ​​pendulets svingplan sker i den modsatte retning [1] .

Beregningsformler

Ved et vilkårligt punkt med geografisk breddegrad er rotationshastigheden af ​​oscillationsplanet for et ideelt Foucault-pendul (i grader pr. siderisk time) i forhold til Jordens overflade [1] :

En grundig overvejelse af problemet fører til to justeringer. For det første bevæger pendulet sig ikke i et plan, men langs en konisk overflade. Pendulet, der affyres på klassisk vis - ved at trække til yderpositionen og brænde trækketråden ud, rammer ikke ligevægtspunktet og overskrider det på den nordlige halvkugle til højre og på den sydlige halvkugle - til venstre [1 ] . I animationen vist i artiklen bliver pendulet lanceret ved et slag ved ligevægtspunktet, så med hver svingning vender det tilbage til det og beskriver sløjferne.

For det andet afhænger rotationshastigheden af ​​pendulets svingningsplan også af længden af ​​ophænget [1] :

hvor  er amplituden af ​​svingninger af pendulbelastningen;  - trådlængde.

En forøgelse af trådens længde reducerer således det ekstra led, der påvirker pendulets rotationshastighed, og derfor er det tilrådeligt at bruge penduler af størst mulig længde [1] .

Aktive Foucault-pendler

Dette er en ufuldstændig liste og vil muligvis aldrig opfylde visse standarder for fuldstændighed. Du kan supplere det fra velrenommerede kilder . Nogle Foucault-pendler i CIS
Land By Installationssted installationsdato Trådlængde
_		 kuglemasse
_		 Kilde
 Ukraine ,Kiev Kyiv Polytekniske Institut 24. februar 2011 22 m 43 kg [12] [13]
 Rusland ,Murmansk Murmansk State Regional Universal Scientific Library 8. februar 2018 21 m 28 kg [fjorten]
 Moldova ,Chisinau Moldovas tekniske universitet 2006 19 m 155 kg [femten]
 Rusland ,Syktyvkar Institut for Geologi, Komi Scientific Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences marts 2010 17 m 56 kg [16]
 Rusland ,Moskva Moskva Planetarium 12. juni 2011 16 m 50 kg [17]
 Rusland ,Novosibirsk Store Novosibirsk Planetarium 8. februar 2012 15 m 32 kg [atten]
 Rusland ,Moskva Fundamental Library of Moscow State University september 2013 14 m 18 kg [19]
 Hviderusland ,Gomel Realskole nr. 69 maj 2017 12,5 m 60 kg [tyve]
 Rusland ,Yoshkar-Ola Mari State University 4. oktober 2017 12 m 50 kg [21]
 Rusland ,Volgograd Volgograd Planetarium 1954 8,5 m 12 kg [22]
 Rusland ,Sankt Petersborg St. Petersborg Planetarium 1959 8 m [3]
 Hviderusland ,Minsk Det hviderussiske statspædagogiske universitet september 2004 7,5 m [23] [24]
 Ukraine ,Donetsk Donetsk Nationale Tekniske Universitet 17. april 2018 6,75 m 31,18 kg [25]
 Rusland ,Barnaul Altai State Technical University 5,5 m [26]

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Erpylev N. P. Foucault pendul // Physical Encyclopedic Dictionary / kap. udg. B. A. Vvedensky, B. M. Vul. - Moskva: Soviet Encyclopedia, 1966. - V. 5 Spectrum - Lysstyrke. - S. 369. - 576 s. - 55.000 eksemplarer.
  2. ↑ G. Barenboim, J. A. Oteo. Et pendul til at køre dem  alle . - 2013. - arXiv : 1304.7922 .
  3. ↑ 1 2 Foucaults pendul (utilgængeligt link) . Hentet 3. marts 2009. Arkiveret fra originalen 31. oktober 2008. 
  4. ↑ Fold RP Prismet og pendulet. De ti smukkeste eksperimenter i videnskab Arkiveret 27. september 2013 på Wayback Machine
  5. ↑ Velsignede Vatikanet Foucaults penduleksperimenter? . dictionnaire.narod.ru . Hentet: 15. juli 2022.
  6. ↑ Fysik Olympiade. Turnere dem. Lomonosov 26/09/1999 . Hentet 4. marts 2010. Arkiveret fra originalen 30. januar 2012.
  7. ↑ Kapitsa P. L. Fysiske problemer . - M . : "Viden", 1966. - 16 s. Arkiveret fra originalen den 8. december 2009.
  8. ↑ Foucaults pendul i St. Isaac's Cathedral på YouTube // Kievnauchfilm , 1979
  9. ↑ National Geographic Rusland: Fem templer med Foucault-pendler (utilgængeligt link) . Hentet 2. februar 2015. Arkiveret fra originalen 2. februar 2015. 
  10. ↑ Jeg vil gerne vide: Foucaults pendul . Hentet 30. september 2017. Arkiveret fra originalen 18. december 2021.
  11. ↑ Foucault pendul  // Great Russian Encyclopedia  : [i 35 bind]  / kap. udg. Yu. S. Osipov . - M .  : Great Russian Encyclopedia, 2004-2017.
  12. ↑ Et af Europas største Foucault-pendler blev lanceret for første gang i Kiev . Hentet 7. juli 2020. Arkiveret fra originalen 31. august 2018.
  13. ↑ Foucaults største pendul . www.rekord.ua _ Hentet: 15. juli 2022.
  14. ↑ Dag for russisk videnskab i Murmansks regionale videnskabelige bibliotek . Hentet 15. november 2018. Arkiveret fra originalen 16. november 2018.
  15. ↑ Information Arkiveret 29. september 2020 på Wayback Machine om Foucault-pendulet på Moldovas tekniske universitet.
  16. ↑ Bulletin fra Institut for Geologi ved Komi Scientific Center i Ural-grenen af ​​det russiske videnskabsakademi. 2010. nr. 3. S.11-13 . Hentet 30. maj 2019. Arkiveret fra originalen 30. maj 2019.
  17. ↑ Moscow Planetarium Today (utilgængeligt link) . Hentet 19. september 2011. Arkiveret fra originalen 7. oktober 2011. 
  18. ↑ Foucaults pendul: Vseon.com . Hentet 5. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 5. oktober 2017.
  19. ↑ Foucault pendul lanceret på Moscow State University // Avis af studerende fra Moscow University "Shpil", 09/23/2013  (utilgængeligt link)
  20. ↑ Foucaults pendul i gymnasiet nr. 69 i Gomel . Hentet 19. juni 2017. Arkiveret fra originalen 5. oktober 2017.
  21. ↑ Vasily Lissitzky . For første gang i Yoshkar-Ola blev Foucault-pendulet lanceret , Mariyskaya Pravda  (5. oktober 2017). Arkiveret fra originalen den 5. oktober 2017. Hentet 5. oktober 2017.
  22. ↑ Volgograd Planetarium på Volgograd Sputniks hjemmeside . Hentet 13. april 2011. Arkiveret fra originalen 8. januar 2013.
  23. ↑ Foucaults pendul . Minsk gammelt og nyt . Hentet 5. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 6. oktober 2017.
  24. ↑ Sergey Kirik. Og alligevel snurrer den! .. (utilgængeligt link) . Hviderussisk militæravis (28. januar 2017). Hentet 5. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 6. oktober 2017. 
  25. ↑ Foucault pendul lanceret i DonNTU (utilgængelig link- historie ) . Ministeriet for undervisning og videnskab i Folkerepublikken Donetsk (17. april 2018). 
  26. ↑ Altai State Technical University. I. I. Polzunova. Institut for Fysik . Hentet 16. maj 2011. Arkiveret fra originalen 17. marts 2012.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger