Маятник фуко доказывает вращение земли. Ось вращения Земли менялась. Опыт Фуко. Маятник Веретено-Фуко доказывает, что Земля покоится неподвижно, а вовсе не вращается, что в принципе невозможно – и из соображений математики, и из соображений физики гироско
Ученые прилагали немалые усилия и потратили немало времени, чтобы наконец доказать это. Они бросали грузы из башни или в глубокие скважины и выстреливали пушечными ядрами вертикально в воздух, чтобы попытаться выявить малейшие отклонения в их траектории. Но все попытки зафиксировать вращения Земли были неудачными.
Пока в 1851 году Жан Фуко наконец не смог визуально доказать вращение Земли. Медик по образованию Фуко был еще и талантливым изобретателем. Он разработал простую экспериментальную установку, которую любой без проблем мог воспроизвести.
Но по непонятной причине в России маятник Фуко все равно стал заложником отношений церкви и государства. Его сняли в 86-ом году, когда храм вернули верующим. Сейчас бронзовый шар лежит в хранилище, в подвалах Собора. Помещен на вечное хранение, включен в блокадную экспозицию как часть городской истории.Причина, по которой маятник убрали, наполовину инженерная, наполовину богословская. В центр купола, где раньше крепился трос, возвращена фигура голубя, символизирующая Святой Дух. Привязывать маятник к ней и неэтично, и ненадежно, а другого подходящего места в здании нет. Да и вообще, астрономические приборы должны размещаться в специально приспособленных для этого зданиях, считают в музее. Хотя о маятнике вспоминают с ностальгией.
В ночь с 11 на 12 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе в присутствии 7 тысяч зрителей впервые качнули маятник Фуко, наглядно иллюстрирующий вращение Земли. Как рассказывает НТВ-СПб, публика была в восторге: многие спорили, будет ли сбит поставленный на специальную подставку спичечный коробок или нет. Небесная механика не подводила: плоскость качания маятника зрительно поворачивалась, и коробок падал. Тогда это называли триумфом науки над религией. Однако зря.
«На самом деле, всё было наоборот, — говорит хранитель экспозиции Исаакиевского собора Сергей Окунев. — Первый опыт Фуко был выполнен с благословения папы Римского для того, чтобы доказать могущество Бога».
Маятник сохраняет плоскость своих колебаний, а Земля вращается, поэтому смещается стрелка. Классический опыт. Каким образом доказательство вращения Земли опровергает догмат существования Бога, до сих пор никто не объяснил. Но по непонятной причине в России маятник Фуко все равно стал заложником отношений церкви и государства. Его сняли в 86-ом году, когда храм вернули верующим. Сейчас бронзовый шар лежит в хранилище, в подвалах Собора. Помещен на вечное хранение, включен в блокадную экспозицию как часть городской истории.
Причина, по которой маятник убрали, наполовину инженерная, наполовину богословская. В центр купола, где раньше крепился трос, возвращена фигура голубя, символизирующая Святой Дух. Привязывать маятник к ней и неэтично, и ненадежно, а другого подходящего места в здании нет. Да и вообще, астрономические приборы должны размещаться в специально приспособленных для этого зданиях, считают в музее. Хотя о маятнике вспоминают с ностальгией.
Технические характеристики маятника Фуко в Исаакиевском соборе были такими: вес шара — 54 кг; длина проволоки подвеса — 98 м (встречаются
цифры 93 и 97 м); период колебания — немногим менее 20 секунд; расстояние между соседними пересечениями маятника на внешней окружности центра собора за время 20 с — около 6 мм (при
этом за один час Земля поворачивается на 13 градусов). Зто был самый
большой маятник Фуко, когда-либо применявшийся для демонстрации вращения Земли. — See more at: http://www.kontext-paper.ru/7272#sthash.WBUTZdLf.dpuf
В 1931 году в Исаакиевском соборе демонстрировали опыт с маятником Фуко
Советская власть боролась с опиумом для народа: научный опыт назначили на пасхальную ночь. Семь тысяч ленинградцев набилось в Исаакиевский собор, отданный тогда под антирелигиозный музей. «Красная газета» на следующий день писала: «Многочисленные посетители с громадным интересом слушали лекцию профессора Каменщикова, посвященную опыту Фуко. Лекция из „Исаакия“ передавалась по радио в ряд городов Советского Союза». Потом маятник Фуко еще долго висел в «Исаакии » и «вычерчивал в пустоте свои диагонали от края до края астигматической замкнутой линии», как написал в одноименном романе Умберто Эко.
Наблюдать за качаниями светильников в соборе, оказывается, любил не только Галилей. Эту страсть он передал и своему ученику Винченцо Вивиани. В 1660 г. в отличие от Галилея он обратил внимание на другую особенность колебаний маятника на длинной нити.
Оказывается, плоскость их качаний постоянно отклоняется, причем всегда в одну и ту же сторону - по часовой стрелке, если смотреть на маятник сверху вниз. А в 1664 г. ученый из города Падуи Джованни Полени связал это отклонение с вращением Земли - дескать, Земля вращается, а плоскость колебаний маятника как была, так и остается. Вот и наблюдается это стоящими на Земле людьми как отклонение плоскости качаний маятника.
Но оказывается, это свойство маятника было известно и вездесущим древним. Действительно, новое - это хорошо забытое старое. Вот что писал по этому поводу в своей «Естественной истории» римский ученый Плиний Старший, живший в I в. н. э.: «Есть возможность устроить компас без магнита. Для этого нужно взять маятник и заставить его качаться по определенному направлению. При поворотах корабля маятник будет сохранять в своих качаниях заданное ему направление» (рис . 94).
Надо сказать, кое-что в совете Плиния вызывает сомнение. Первое - не мог Плиний знать про компас, в Европе про него узнали гораздо позже, по крайней мере дали это название. Так что многое, приписываемое Плинию, вполне мог внести от себя переводчик его трудов с латыни в XVIII в. Второе - невозможно, чтобы так долго маятник не изменял плоскости своих колебаний, его подвес сделать идеальным нельзя, да и воздух вокруг будет давать помехи. И третье - вращение Земли будет само «отклонять » плоскость колебаний маятника, так что корабль «заходит » по кругу. Но так или иначе, Плинием было замечено, что маятник сохраняет плоскость своих качаний. И это свойство блестяще применил французский ученый Жан Бернар Леон Фуко (1819 —1868), создав свои знаменитые маятники. С детства Фуко учиться не любил, знания давались ему с трудом. Но руки у него были золотые - он мастерил игрушки, приборы, сам построил паровую машину, прекрасно работал на токарном станке.
Первые опыты с маятником Фуко провел в погребе своего дома в Париже. К вершине свода погреба он прикрепил двухметровую проволоку из закаленной стали и подвесил на ней пятикилограммовый 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. Это произошло 8 января 1851 г.
А спустя несколько дней Фуко повторил свой опыт в Парижской обсерватории по просьбе ее директора, знаменитого французского ученого Араго. На этот раз длина проволоки составляла уже 11 м. И отклонение плоскости качания маятника было еще заметней.
Об опыте Фуко заговорили повсюду. Всем хотелось своими глазами увидеть вращение Земли. Дело дошло до того, что президент Франции принц Луи-Наполеон решил поставить этот опыт в поистине гигантских масштабах, чтобы демонстрировать его публично. Фуко было предоставлено здание парижского Пантеона с высотой купола 83 м.
Уже в апреле того же 1851 г. опыт Фуко был открыт для обозрения в Пантеоне (рис . 96). Длина подвеса маятника - стальной проволоки диаметром 1,4 мм - была 65 м, масса маятника - 28 кг. Металлический шар совершал одно полное колебание за 16 секунд, проходя 14 м пути, и отклонялся при этом на 2,5 мм от первоначального положения. Особый электромагнит поддерживал постоянство колебаний.
Посмотреть на маятник Фуко приходили целые толпы парижан. Демонстрации опыта Фуко стали устраивать в самых разных странах. Сообщения об этом приходили из Ливерпуля и Оксфорда, Бристоля и Дублина, Женевы и Ренна. Даже в Рио-де-Жанейро и в Коломбо на Цейлоне этому замечательному опыту аплодировали тысячи восторженных зрителей. Появились и комнатные модели маятников Фуко.
Но самым грандиозным в свое время был опыт с маятником Фуко в здании Исаакиевского собора в Ленинграде (нынешнем Санкт-Петербурге) (рис . 97). Первая демонстрация его состоялась 6 марта 1931 г. На стальной проволоке диаметром 1 мм и длиной 98 м был подвешен бронзовый шар массой 60 кг. Достаточно северное положение города обеспечивало значительное отклонение маятника - за час примерно 13°. Это в два с лишним раза больше, чем у самого Фуко в Пантеоне. За одно колебание плоскость качаний смещалась на 6 мм, что было хорошо видно.
Устроить небольшой маятник Фуко можно и самому. Нужно приготовить маятник, например, привязав к нитке тяжелую гайку, взять в руку свободный конец нитки и… Нет, вам не придется стоять часами, ожидая, пока Земля повернется. Лучше станьте на известную скамью Жуковского или даже на покупную «Грацию » и, вытянув руку с качающимся маятником, попробуйте завращать себя. Маятник в вашей руке будет сохранять первоначально заданное направление колебаний, например от двери к шкафу (рис . 98).
И еще про Фуко, вернее, про пример его жизни. Он плохо учился в школе (внимание , лентяи!), не тянулся к знаниям. К тому же у него было очень слабое здоровье. Но увлекшись интересным делом, он стал знаменитым на весь мир ученым, его имя вошло во все энциклопедии. И не только из-за его маятника. Фуко измерил скорость света как в воздухе, так и в воде, открыл свои вихревые «токи Фуко» и сделал много других открытий в физике.
Вот что такое увлеченность!
Маятник Фуко представляет собой массивный груз, подвешенный на проволоке или нити, верхний конец которой укреплён (например , с помощью карданного шарнира) так, что позволяет маятнику качаться в любой вертикальной плоскости. Если маятник Фуко отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то действующие на груз маятника силы тяжести и натяжения нити будут лежать всё время в плоскости качания маятника и не смогут вызвать ее вращения по отношению к звездам (к инерциальной системе отсчёта, связанной со звёздами).
Наблюдатель, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, будет видеть, что плоскость качаний маятника медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли (рис . 1).
Схема движения маятника Фуко
Таким образом подтверждается факт суточного вращения Земли. На Северном или Южном полюсе плоскость качаний маятника Фуко совершит поворот на 360° за звездные сутки. В пункте земной поверхности, географическая широта которого равна j, плоскость горизонта вращается вокруг вертикали с угловой скоростью:
где w — угловая скорость вращения Земли.
Здесь плоскость качания маятника вращается с той же угловой скоростью. Поэтому видимая угловая скорость вращения плоскости качаний маятника Фуко на широте j, выраженная в градусах за звездный час, имеет значение wм = 15° sin j, т. е. будет тем меньше, чем меньше j и на экваторе обращается в нуль (плоскость качаний не вращается). В Южном полушарии вращение плоскости качаний будет наблюдаться в сторону, противоположную наблюдаемой в Северном полушарии. Уточнённый расчет даёт значение:
wм = 15° (1 -3 (A / L)2 /8) sin j,
где A — амплитуда колебании груза маятника;
l - длина нити.
Добавочный член, уменьшающий угловую скорость, тем меньше, чем больше l. Поэтому для демонстраций опыта применяют маятники Фуко с возможно большей длиной нити (в несколько десятков метров).
МАЯТНИК ФУКО
устройство, наглядно демонстрирующее вращение Земли. Его изобретение приписывают Ж. Фуко (1819 −1868). Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал Л. Бонапарта (позднее ставшего Наполеоном III, французским императором), что он предложил Фуко повторить его публично в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже. Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851, и принято называть опытом Фуко.
ЗНАМЕНИТЫЙ ОПЫТ ФУКО, проведенный в Пантеоне в Париже в 1851, который продемонстрировал, что Земля вращается вокруг своей оси. Маятник представлял собой груз B весом 28 кг, подвешенный под куполом здания на проволоке A длиной 67 м. При освобождении маятника он начинал качаться вдоль линии C. При каждом последующем качании маятник сбрасывал песок, насыпанный сверху на ограждение, приблизительно в 3 мм от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа маятник прошел уже по линии D.
Под куполом здания Фуко подвесил металлический шар массой 28 кг на стальной проволоке длиной 67 м. В отличие от часового маятника, который может качаться только в одной плоскости, у маятника Фуко верхний конец проволоки был закреплен таким образом, чтобы он мог качаться одинаково свободно во всех направлениях. Под маятником было сделано круговое ограждение радиусом 6 м с центром прямо под точкой подвеса. На ограждение был насыпан песок, чтобы при каждом качании прикрепленное под шаром маятника металлическое острие могло сметать его на своем пути. Чтобы обеспечить пуск маятника без бокового толчка, его отвели в сторону и привязали веревкой. После того как маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли и маятник пришел в движение. Маятник такой длины совершает одно полное колебание за 16,4 с, и вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами. Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48°51" северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. Поэтому при повороте Земли на 360° в течение 24 ч северный край кольца будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг.
МАЯТНИК ФУКО (справа вверху), изображен в сильно увеличенном виде относительно размера Земли приблизительно на широте (f ) Парижа. Радиус окружности из песка под маятником равен r; расстояние от земной оси до центра окружности равно R. Пользуясь формулой, приведенной в тексте, можно вычислить, насколько при вращении Земли южный край песочной окружности движется быстрее северного.
На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается точно на 15° каждый час и совершает полный оборот на 360° за 24 ч. (Поверхность Земли поворачивается на 360° в сутки вокруг земной оси.)
Брат-близнец маятника Фуко, изобретенного во Франции и предназначенного для доказательства вращения Земли вокруг Солнца, был создан в Петербурге более 80 лет назад. И размещался элемент, призванный по задумке советской власти доказать отсутствие в мире божественного, не где-нибудь, а в Исаакиевском соборе.
Хранитель государственного музея-памятника «Исаакиевский собор» Сергей Николаевич Окунев сегодня рассказал мне, что маятник по-прежнему находится в соборе и многие знающие об этом посетители крайне не рады сему факту. Мол, оскверняющий собор в течение 60 лет элемент не достоин памяти.
Саму идею опыта сотрудники музея подхватили у французского физика Жана Фуко, который продемонстрировал его под куполом Пантеона. «Опыт провели с благословения Папы Римского для того, чтобы доказать могущество Бога. В СССР у аналогичного действия были совсем другие задачи — доказать отсутствие божественного», — рассказал Сергей Николаевич.
Появился маятник, подвешенный прямо под куполом собора, в 1931 году. Тогда, переставший быть собором, Исаакиевский стал Государственным антирелигиозным музеем, где в ночь с 11 на 12 апреля был продемонстрирован опыт, доказывающий вращение Земли вокруг своей оси. Такое вот опровержение божественного.
Маятник исчез из Исаакиевского собора в тот момент, когда к людям вернулась вера. 17 июня 1990 года в Исаакиевском соборе состоялось торжественное богослужение, впервые после закрытия. Маятник Фуко же постигла невеселая участь: его демонтировали, а на освободившееся место вернули свергнутого ранее голубя как символ Святого Духа.
Сегодня в самом соборе можно найти только напоминание о маятнике: на полу в центре, строго под куполом, выложен разноцветный орнамент в форме круга. Почти 60 лет это место было ограждено и входить туда разрешалось только экскурсоводам. Внутри него прямо через центр раскачивался шар с наконечником, подвешенный на проволоке где-то высоко под куполом. В начале рассказа экскурсовод ставил на внешнюю окружность брусок в нескольких сантиметров от того места, где шар пересекал окружность. За время рассказа расстояние между бруском и наконечником шара неизменно сокращалось. Наконец, под удовлетворенные возгласы брусок падал, сбитый при очередном пролете шара.
Посмотреть же на маятник сейчас можно лишь в подвалах Исаакиевского собора, где он то ли мирно дожидается своего нового выхода, то ли просто отдыхает от непрерывной многолетней работы.
В 1963 году Исаакиевский собор был открыт после реставрации. Перед этим культовые фонды были переданы в антирелигиозный музей (в Казанский собор). С тех пор работающий здесь музей имеет сугубо историческую направленность.
В Исаакиевском соборе хранится бюст Огюста Монферрана, выполненные из 43 пород минералов и камней — всех, что использовали при строительстве храма.
К 1981 году маятник Фуко устарел, так как никому уже не требовалось доказывать вращение Земли вокруг своей оси. Его не передали другой организации из-за больших размеров. Для маятника не нашлось другого здания необходимой высоты. Его поместили между дверьми. Толщина стен Исаакиевского собора вместе с облицовкой составляет пять метров, поэтому промежуток между дверьми позволяет хранить между ними некоторые предметы.
После снятия маятника музей «Исаакиевской собор» стал не просто историческим, а историко-художественным. Таким он остаётся до сих пор. Но в храме снова проводятся богослужения. Колоннада Исаакиевского собора является одним из самых привлекательных мест для туристов. Здесь с высоты 43 метров можно увидеть панораму Санкт-Петербурга. На эту смотровую площадку ведут 562 ступени винтовой лестницы.
Для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли во многих университетах, планетариях и библиотеках используют маятник Фуко. Я расскажу о храмах, в которых демонстрировали или демонстрируют сейчас этот опыт.
Пантеон, Париж
Французский физик Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868) впервые продемонстрировал свой эксперимент 8 января 1851 года. В погребе своего дома в Париже физик выполнил опыт с маятником длиной 2 метра. Эксперимент вызвал повышенный интерес и уже в марте того же года был осуществлен публично под куполом Пантеона в Париже.
В здании Пантеона учёный подвесил металлический шар массой 28 килограммов на стальной проволоке длиной 67 метров. В нижней части металлического шара было закреплено остриё. Крепление позволяло маятнику свободно колебаться во всех направлениях. Перед запуском маятник отводили в сторону и привязывали веревкой, которую потом пережигали - это позволяло избежать бокового толчка. Маятник раскачивался над огороженной площадкой диаметром 6 м. По диаметру площадки была насыпана песчаная дорожка, и маятник при движении остриём прочёркивал на песке отметки. Через несколько минут можно было заметить, что плоскость качания маятника изменилась.
Примерно за 32 часа маятник совершил полный оборот и очертил на песке траекторию своего вращения. С помощью этого эксперимента было наглядно продемонстрировано суточное вращение Земли. Опыт можно сделать ещё более зрелищным, если поставить у края траектории движения маятника какой-нибудь предмет, который будет сбит через некоторое время.
Каким же образом изменения плоскости колебания маятника доказывает вращение Земли? По законам физики, маятник не меняет плоскости своего раскачивания. Но песок или предметы, поставленные для эксперимента, вращаются вместе с поверхностью Земли в ходе её суточного кругового движения и в какой-то момент оказываются в плоскости качания маятника.
Чем длиннее нить, на которой подвешен металлический шар, тем больше поворот, совершаемый за один период. Соответственно при демонстрации работы маятника Фуко в очень высоких зданиях, например, в храмах, вращение Земли будет ощутимей, а сам эксперимент зрелищней.
На фотографии - современная копия маятника Фуко и каменная статуя египетской кошки. (Фото)
Фукусайдзи, Нагасаки
В японском городе Нагасаки на острове Кюсю находится необычный буддийский храмовой комплекс. Фукусайдзи основали китайские монахи из провинции Фуцзянь в 1628 году, но во время атомного взрыва 9 августа 1945 года он был уничтожен. Монастырь восстановили в память о погибших в 1979 году. Ежедневно ровно в 11-02, во время взрыва атомной бомбы, звонит храмовый колокол.
По форме храм-мавзолей похож на гигантскую черепаху, на панцире которой поставлена большая белая статуя богини милосердия Каннон. Скульптура высотой 18 метров и весом в 35 тонн выполнена из алюминиевого сплава.
В храме над останками 16 500 погибших во время Второй мировой войны подвешен маятник Фуко. 25-метровый трос находится внутри статуи.
На фотографии - интерьер храма. Трос маятника Фуко выходит из золотого отверстия в своде и спускается за металлическое ограждение на полу.
Фотографии: +
Базилика Сан-Петронио, Болонья
Пожалуй, самым подходящим местом для демонстрации маятника Фуко стал итальянский «город наук», где был основан старейший университет Европы (1088 год). Кафедральный собор Болоньи, посвящённый покровителю города святому епископу Петронию, строился несколько столетий, начиная с 1390 года. Базилика поражает своими размерами: длина здания 132 метра, ширина - 60 метров, высота сводов - 45 метров.
В соборе демонстрируют не только опыт Фуко (на фотографии на дальнем плане). Профессор астрономии Болонского университета Джованни Доменико Кассини (1625-1712) в 1665 году обозначил внутри собора, на полу, меридиан длиною в 66,8 м, на котором можно наблюдать движение солнечного луча через отверстие в крыше храма и отмечать дни и месяцы.
Фотографии: +
Костел святых Иоаннов, Вильнюс
Единственный в Литве маятник Фуко находится в католическом костёле. Названный в честь св. Иоанна Крестителя и св. евангелиста Иоанна, костёл был построен в XVIII веке по проекту Иоганна Кристофа Глаубица (1700-1767). Увидеть маятник можно в Музее науки, поднявшись на второй этаж 68-метровой колокольни.
Фотографии: +
Софийский собор, Вологда.
В России в советское время первый показ опыта Фуко был подготовлен Госмузеем, Союзом воинствующих безбожников и Обществом краеведов. Демонстрация состоялась во время антипасхальной кампании 1929 года в Софийском соборе Вологды. В здании была устроена антирелигиозная выставка, и маятник стал одним из её экспонатов. 18-метровая нить была подвешена к металлическим связям в интерьере. (Фотография 1917-1950 г.)
Исаакиевский собор, Санкт-Петербург
В пасхальную ночь с 11 на 12 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе был продемонстрирован маятник Жана Фуко. Тысячи зрителей стали свидетелями научного триумфа. Бронзовый шар, подвешенный к куполу, был приведён в действие для наглядной демонстрации вращения Земли. Длина нити была 98 м - самой длинной за всю историю демонстрации опыта.
Маятник сняли в 1986 году, а в центр купола, где раньше крепился трос, вернули скульптуру голубя - символ Святого Духа. Сейчас маятник Фуко хранится в подвале Исаакиевского собора, в мемориальной экспозиции «Чтобы помнили».
В журнале «Мир музея» (№10, 2016 г.) сказано, что ещё в 1901 году в кафедральном соборе св. Исаакия Далматского демонстрировали опыт Жана Фуко. Но не в центре, под куполом, а своде боковой арки.
Вид на площадь Декабристов и Исаакиевский собор. 1930-1936 гг.
Экспозиция Государственного антирелигиозного музея в здании Исаакиевского собора. Ленинград, 1931 г.
Школьники у модели, объясняющей опыт с маятником Фуко. Государственный антирелигиозный музей. 1930-е гг.
Экспозиция Государственного антирелигиозного музея. 1930-е гг. Модель, помогавшая понять суть опыта.
В той же статье местом проведения опыта указан и снесённый в советское время Андреевский собор Кронштадта . Опыт в нём продемонстрировали в конце первого десятилетия XX века.
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».
Тарелка; три вилки; винная пробка; лайм или любой другой предмет схожих параметров, достаточно легко протыкаемый иголкой; две швейные иглы; катушка ниток; соль.
А представьте себе ситуацию: подходит к вам сын и спрашивает: папа, 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.
Если вращать тарелку равномерно (например, поставив на крутящийся диск), кончик нашего маятника опишет на соли фигуру, аналогичную фигуре, описываемой настоящим маятником Фуко.
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.
Чем длиннее нить, тем дольше маятник будет колебаться с достаточной амплитудой, чтобы за опытом было интересно наблюдать со стороны.
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.
Для этого был использован маятник длиною 2 метра. В феврале с разрешения Доминика Франсуа Араго он повторил опыт в Парижской обсерватории, на этот раз удлинив маятник до 11 метров. В подготовке эксперимента принимал также участие ассистент Фуко Фромент .
Первая публичная демонстрация была осуществлена уже в марте 1851 года в парижском Пантеоне : под куполом Пантеона он подвесил металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 м, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли .
Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунды, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло около 3 мм, за час плоскость колебаний маятника поворачивалась более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершала полный оборот и возвращалась в прежнее положение.
Физика эксперимента
Действующие маятники Фуко
Маятники Фуко в СНГ (упорядочены по длине подвеса):
- 24 февраля 2011 года маятник появился в Киеве . Он установлен в . Шар из бронзы весит 43 кг, а длина нити составляет 22 м. Киевский маятник Фуко считается самым большим в СНГ и одним из самых крупных в Европе .
- Маятник Фуко с 20-метровой нитью в Сибирском федеральном университете (Красноярск) .
- 12 июня 2011 года открылся Московский планетарий , где установлен маятник Фуко с длиной нити 16 м и массой шара 50 кг .
- 8 февраля 2012 года открылся Новосибирский астрофизический комплекс , включающий в себя башню Фуко с маятником, длина нити которого 15 м .
- В сентябре 2013 года в атриуме седьмого этажа Фундаментальной библиотеки МГУ запустили маятник Фуко массой 18 кг и длиной 14 м .
- Маятник Фуко, массой 12 кг и длиной нити 8,5 м, имеется в Волгоградском планетарии .
- Маятник Фуко есть в Санкт-Петербургском планетарии . Длина его нити - 8 м .
- В Беларуси маятники Фуко установлены в Белорусском государственном педагогическом университете имени Максима Танка (длина нити - 7,5 м) и в каплице на мемориальном комплексе «Буйничское поле » (Могилёв) .
- Маятник Фуко в Барнауле в АлтГТУ им. И. И. Ползунова на кафедре экспериментальной физики в 403 аудитории имеет длину нити 5,5 м .
- 18 сентября в фойе главного корпуса Ужгородского национального университета состоялось торжественное открытие уникального маятника Фуко с латунным шаром весом 45 кг, со встроенным магнитом для регулировки движения .
- В Московском педагогическом государственном университете существует лекционная демонстрация с маятником Фуко.
- Маятник Фуко есть в варшавском Центре науки «Коперник»
- На Физическом факультете СГУ имени Н. Г. Чернышевского есть маятник Фуко с девятиметровой нитью подвеса и массой 28 килограммов.
Астрономические наблюдения показывают, что на планете Венера полная облачность, так что «жители» Венеры лишены возможности наблюдать небесные светила. Опишите, каким методом они могли бы точно измерить длину своих суток.
См. также
Напишите отзыв о статье "Маятник Фуко"
Примечания
Ссылки
Отрывок, характеризующий Маятник Фуко
«Cette armee russe que l"or de l"Angleterre a transportee, des extremites de l"univers, nous allons lui faire eprouver le meme sort (le sort de l"armee d"Ulm)», [«Эта русская армия, которую английское золото перенесло сюда с конца света, испытает ту же участь (участь ульмской армии)».] вспоминал он слова приказа Бонапарта своей армии перед началом кампании, и слова эти одинаково возбуждали в нем удивление к гениальному герою, чувство оскорбленной гордости и надежду славы. «А ежели ничего не остается, кроме как умереть? думал он. Что же, коли нужно! Я сделаю это не хуже других».Князь Андрей с презрением смотрел на эти бесконечные, мешавшиеся команды, повозки, парки, артиллерию и опять повозки, повозки и повозки всех возможных видов, обгонявшие одна другую и в три, в четыре ряда запружавшие грязную дорогу. Со всех сторон, назади и впереди, покуда хватал слух, слышались звуки колес, громыхание кузовов, телег и лафетов, лошадиный топот, удары кнутом, крики понуканий, ругательства солдат, денщиков и офицеров. По краям дороги видны были беспрестанно то павшие ободранные и неободранные лошади, то сломанные повозки, у которых, дожидаясь чего то, сидели одинокие солдаты, то отделившиеся от команд солдаты, которые толпами направлялись в соседние деревни или тащили из деревень кур, баранов, сено или мешки, чем то наполненные.
На спусках и подъемах толпы делались гуще, и стоял непрерывный стон криков. Солдаты, утопая по колена в грязи, на руках подхватывали орудия и фуры; бились кнуты, скользили копыта, лопались постромки и надрывались криками груди. Офицеры, заведывавшие движением, то вперед, то назад проезжали между обозами. Голоса их были слабо слышны посреди общего гула, и по лицам их видно было, что они отчаивались в возможности остановить этот беспорядок. «Voila le cher [„Вот дорогое] православное воинство“, подумал Болконский, вспоминая слова Билибина.
Желая спросить у кого нибудь из этих людей, где главнокомандующий, он подъехал к обозу. Прямо против него ехал странный, в одну лошадь, экипаж, видимо, устроенный домашними солдатскими средствами, представлявший середину между телегой, кабриолетом и коляской. В экипаже правил солдат и сидела под кожаным верхом за фартуком женщина, вся обвязанная платками. Князь Андрей подъехал и уже обратился с вопросом к солдату, когда его внимание обратили отчаянные крики женщины, сидевшей в кибиточке. Офицер, заведывавший обозом, бил солдата, сидевшего кучером в этой колясочке, за то, что он хотел объехать других, и плеть попадала по фартуку экипажа. Женщина пронзительно кричала. Увидав князя Андрея, она высунулась из под фартука и, махая худыми руками, выскочившими из под коврового платка, кричала:
– Адъютант! Господин адъютант!… Ради Бога… защитите… Что ж это будет?… Я лекарская жена 7 го егерского… не пускают; мы отстали, своих потеряли…
– В лепешку расшибу, заворачивай! – кричал озлобленный офицер на солдата, – заворачивай назад со шлюхой своею.
– Господин адъютант, защитите. Что ж это? – кричала лекарша.
– Извольте пропустить эту повозку. Разве вы не видите, что это женщина? – сказал князь Андрей, подъезжая к офицеру.
Офицер взглянул на него и, не отвечая, поворотился опять к солдату: – Я те объеду… Назад!…
– Пропустите, я вам говорю, – опять повторил, поджимая губы, князь Андрей.
– А ты кто такой? – вдруг с пьяным бешенством обратился к нему офицер. – Ты кто такой? Ты (он особенно упирал на ты) начальник, что ль? Здесь я начальник, а не ты. Ты, назад, – повторил он, – в лепешку расшибу.
Это выражение, видимо, понравилось офицеру.
– Важно отбрил адъютантика, – послышался голос сзади.
Князь Андрей видел, что офицер находился в том пьяном припадке беспричинного бешенства, в котором люди не помнят, что говорят. Он видел, что его заступничество за лекарскую жену в кибиточке исполнено того, чего он боялся больше всего в мире, того, что называется ridicule [смешное], но инстинкт его говорил другое. Не успел офицер договорить последних слов, как князь Андрей с изуродованным от бешенства лицом подъехал к нему и поднял нагайку:
– Из воль те про пус тить!
Офицер махнул рукой и торопливо отъехал прочь.
– Всё от этих, от штабных, беспорядок весь, – проворчал он. – Делайте ж, как знаете.
Князь Андрей торопливо, не поднимая глаз, отъехал от лекарской жены, называвшей его спасителем, и, с отвращением вспоминая мельчайшие подробности этой унизи тельной сцены, поскакал дальше к той деревне, где, как ему сказали, находился главнокомандующий.
Въехав в деревню, он слез с лошади и пошел к первому дому с намерением отдохнуть хоть на минуту, съесть что нибудь и привесть в ясность все эти оскорбительные, мучившие его мысли. «Это толпа мерзавцев, а не войско», думал он, подходя к окну первого дома, когда знакомый ему голос назвал его по имени.
Он оглянулся. Из маленького окна высовывалось красивое лицо Несвицкого. Несвицкий, пережевывая что то сочным ртом и махая руками, звал его к себе.
– Болконский, Болконский! Не слышишь, что ли? Иди скорее, – кричал он.
Войдя в дом, князь Андрей увидал Несвицкого и еще другого адъютанта, закусывавших что то. Они поспешно обратились к Болконскому с вопросом, не знает ли он чего нового. На их столь знакомых ему лицах князь Андрей прочел выражение тревоги и беспокойства. Выражение это особенно заметно было на всегда смеющемся лице Несвицкого.
– Где главнокомандующий? – спросил Болконский.
– Здесь, в том доме, – отвечал адъютант.
– Ну, что ж, правда, что мир и капитуляция? – спрашивал Несвицкий.
– Я у вас спрашиваю. Я ничего не знаю, кроме того, что я насилу добрался до вас.
– А у нас, брат, что! Ужас! Винюсь, брат, над Маком смеялись, а самим еще хуже приходится, – сказал Несвицкий. – Да садись же, поешь чего нибудь.
– Теперь, князь, ни повозок, ничего не найдете, и ваш Петр Бог его знает где, – сказал другой адъютант.
– Где ж главная квартира?
– В Цнайме ночуем.
– А я так перевьючил себе всё, что мне нужно, на двух лошадей, – сказал Несвицкий, – и вьюки отличные мне сделали. Хоть через Богемские горы удирать. Плохо, брат. Да что ты, верно нездоров, что так вздрагиваешь? – спросил Несвицкий, заметив, как князя Андрея дернуло, будто от прикосновения к лейденской банке.
– Ничего, – отвечал князь Андрей.
Он вспомнил в эту минуту о недавнем столкновении с лекарскою женой и фурштатским офицером.
– Что главнокомандующий здесь делает? – спросил он.
– Ничего не понимаю, – сказал Несвицкий.
– Я одно понимаю, что всё мерзко, мерзко и мерзко, – сказал князь Андрей и пошел в дом, где стоял главнокомандующий.
Пройдя мимо экипажа Кутузова, верховых замученных лошадей свиты и казаков, громко говоривших между собою, князь Андрей вошел в сени. Сам Кутузов, как сказали князю Андрею, находился в избе с князем Багратионом и Вейротером. Вейротер был австрийский генерал, заменивший убитого Шмита. В сенях маленький Козловский сидел на корточках перед писарем. Писарь на перевернутой кадушке, заворотив обшлага мундира, поспешно писал. Лицо Козловского было измученное – он, видно, тоже не спал ночь. Он взглянул на князя Андрея и даже не кивнул ему головой.
– Вторая линия… Написал? – продолжал он, диктуя писарю, – Киевский гренадерский, Подольский…
– Не поспеешь, ваше высокоблагородие, – отвечал писарь непочтительно и сердито, оглядываясь на Козловского.
Из за двери слышен был в это время оживленно недовольный голос Кутузова, перебиваемый другим, незнакомым голосом. По звуку этих голосов, по невниманию, с которым взглянул на него Козловский, по непочтительности измученного писаря, по тому, что писарь и Козловский сидели так близко от главнокомандующего на полу около кадушки,и по тому, что казаки, державшие лошадей, смеялись громко под окном дома, – по всему этому князь Андрей чувствовал, что должно было случиться что нибудь важное и несчастливое.
Князь Андрей настоятельно обратился к Козловскому с вопросами.
– Сейчас, князь, – сказал Козловский. – Диспозиция Багратиону.
– А капитуляция?
– Никакой нет; сделаны распоряжения к сражению.
Князь Андрей направился к двери, из за которой слышны были голоса. Но в то время, как он хотел отворить дверь, голоса в комнате замолкли, дверь сама отворилась, и Кутузов, с своим орлиным носом на пухлом лице, показался на пороге.
Князь Андрей стоял прямо против Кутузова; но по выражению единственного зрячего глаза главнокомандующего видно было, что мысль и забота так сильно занимали его, что как будто застилали ему зрение. Он прямо смотрел на лицо своего адъютанта и не узнавал его.
– Ну, что, кончил? – обратился он к Козловскому.
– Сию секунду, ваше высокопревосходительство.
Багратион, невысокий, с восточным типом твердого и неподвижного лица, сухой, еще не старый человек, вышел за главнокомандующим.
– Честь имею явиться, – повторил довольно громко князь Андрей, подавая конверт.
– А, из Вены? Хорошо. После, после!
Давайте пройдемся по маятнику Фуко - единственному наглядному доказательству "правильного" вращения Земли.
Это обычный маятник, который мы многократно видели в настенных/напольных часах. Но только специальная подвеска позволяет ему крутиться. Конструкция этой подвески почему-то отсутствует в интернете. Вот только создатели маятника в Киеве пожаловались на сложность работы:над созданием маятника в течение года работал творческий коллектив из 10-ти человек (http://www.mpravda.com/?lang=ru&pubId=51956 - эта информация уже удалена).
У нас маятник в Исаакиевском соборе просуществовал с 1931 по 1986: шар был подвешен под куполом на тросе в 93 метра. Самый большой в мире!
Все маятники вращались в соответствии с кориолисовым смещением (не за сутки, а соответственно синусу широты местности - 32 часа в Париже). Но вот интересная цитата с сайта "Механика инерцоида
" (желающие могут изучить расчеты):
...если исходить из ускорения Кориолиса, то скорость относительного вращения маятника в каждой точке траектории будет в два раза больше, чем следует из относительного расчёта, что не может быть в принципе. Сила Кориолиса в этом случае явно даёт неправильный результат.
И у меня есть объяснение этому в два раза быстрому вращению: вращение маятника символизирует поворот плоскости вращения маятника, но, когда Земля повернется на 180 градусов, эта плоскость будет совпадать со стартовой, лишь движение в ней будет в противоположную сторону (посмотрите на рисунок в начале текста и поверните наблюдателя на 180 градусов - снаряд летит в той же плоскости, но от него). Таким образом, плоскость вращения маятника за сутки (на полюсе) должна прокрутиться дважды. Так откуда тогда взялись те самые 32 часа в Париже? Конструкторы фейка подошли формально, использовав стандартную формулу.
Мы знаем, как работают маятниковые часы: они "заряжаются" гирей, без которой колебания быстро бы затухли из-за трения. Никакой гири в маятниках Фуко не присутствует. Что же их "подкручивает"?
Но главное: маятник вращается. Значит, маятник давит на подвеску, заставляя её вращаться. Ведь если подвеска заставляет вращаться маятник, то это уже жульничество. Как мы может понять, не зная конструкции?
А по всё тем же напольным часам! И там качается маятник, но на фиксированной подвеске - на оси. А значит, сила Кориолиса всегда должна воздействовать на правую сторону оси, ну, как на железнодорожный рельс. И стачивать ось с одной стороны. Что должно приводить к быстрой поломке этой оси. Вы когда-нибудь слышали о подобной поломке? Зато оригинальный маятник Фуко в Париже разбили в 2010 году, случайно задев кабелем (питание к вращающему мотору?)?!
Я долго думал, как же устроена подвеска, чтобы демонстрировать этот фейк, пока не увидел замечательный ролик:
Во-первых, начиная с 50-й секунды (четко на 55-ой) виден шнур. И он не натянут, а волной. Это оболочка, скрывающая шнур внутри, чтобы не было видно его вращения?
Во-вторых, весьма примечательный эффект: в 1.13 маятник идет от нас и задевает мишень, а в 1.17 он уже идет к нам и НЕ задевает мишень (в 1.19 задевает еще сильнее). Это как это? При каждом качании маятник слегка поворачивается (должен).
Т.е. если задел в одну сторону, то при обратном движении должен задеть еще сильнее.
Это может быть, лишь если он качается не в плоскости, как нам рассказывают, а по кривой. Причем, её подворачивают в момент максимального отклонения к камере.
Я бы сказал, что шарик крепления маятника, наклоняясь к нам, ударяется о кривую поверхность (что-то типа листа Мёбиуса). Тем самым шарик каждый раз ударяется не перпендикулярно, а под некоторым углом, меняя угол отражения. Отсюда и некоторая изогнутость траектории.
Собственно, гифка из Вики именно этот факт и демонстрирует.
Представляется, что тайна подвески маятника Фуко раскрыта.
Подстраницы (8):
