尽管我们都知道地球在动 , 但这项事实的证据不管多么确凿 , 却全都是由天文观测结果推断而得 , 没有望远镜 , 不知道该怎么样用望远镜的人 , 完全没办法亲眼看到那种运动 。近日 , 有网友对傅科摆和地球自转的关系比较好奇 , 向小编发出了疑问 。今天 , 我们就一起来看看傅科摆是如何证明地球自转的 。
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要了解傅科摆的工作原理 , 我们要先了解一下单摆 。
单摆是最简单的摆 。理想情况下的单摆摆线要求是没有质量 , 也不会像弹簧或者皮筋一样会被拉长;而摆球 , 要求是只具有质量 , 体积可以忽略不计——如果相对摆线长度 , 摆球直径相当小 , 那么就可以忽略掉摆球的体积 。这样的情况下 , 单摆周期仅仅和摆线的长度以及重力加速度有关 。
在地球表面 , 我们一般是无法改变重力加速度的 。所以可以说 , 地面的单摆 , 摆线越长 , 摆动的周期也就越长 。而且单摆还有一个特性 , 就是只要我们给它一个恰当的初始作用 , 单摆将仅仅在一个固定的平面摆动 。
所谓固定的平面 , 必然是有参照物的 。在大多数时候 , 固定平面是指相对于大地固定 。其原因是地球自转会带动摆线和摆球 , 从而一起转动 。
傅科摆的一个巧妙之处就是 , 通过摆线的非常小摩擦力的上端设计 , 使得地球自转几乎不会对单摆产生影响 。
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于是摆球的摆动超然于地球自转 , 也就确定了一个相对于恒星固定的摆动面 。而以遥远的恒星为参照物 , 我们是可以观测到地球的自转的 。就这样 , 摆球摆动的平面和地球自转就有了一个相对运动 。
下面我们把傅科摆放在北极点 , 相对于恒星 , 我们就会看到 , 摆动平面不动 , 但是一个摆动周期之后 , 地球因为自转 , 摆球已经离开了原来的位置 。
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傅科在摆球下端加装了一个针状物 , 使得摆球摆动时可以在地面的沙子上画下自己的痕迹 。而沙子 , 无疑是跟随随着地球自转同步运动的 。这样我们就可以观察到摆的摆动方向为由东向西的、缓慢而持续的旋转 , 从而印证了地球的自转 。
事实上 , 在北半球 , 傅科摆都是以此方向转动的 , 而南边球则相反 。其演示效果也是随着纬度提升而提升 。在赤道 , 我们将观测不到摆的转动 , 因为在赤道上 , 地面和摆动平面是相对静止的 。
我们知道 , 地球的自转周期约为24小时 。我们要观察到明显的方向转动 , 摆的周期和振幅就都不能太小 , 所以傅科摆要求摆线尽量长 。当年傅科做实验时候 , 摆线长达67米 , 摆球重达28公斤!
我们非常欢迎网友提出疑问 , 也会挑选一些有趣的网友疑问来回答 。小伙伴们 , 踊跃提问吧!
【傅科摆原理 图解 傅科摆原理是什么】
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