傅科摆原理分析(工程应用及图解分析)

seoxin 11-25 9:58 8次浏览

自转是地球的一种重要运动形式,自转时,地球面对太阳的半球是明亮的白天,背对太阳的另一半是黑夜。有了地球的自转,才有了不断交替的白昼与黑夜。同时,地球自转是按照一根假想的轴进行运转的,我们把它称为地轴。在地球仪上我们可以看到,地轴通过地球中心,并连接南极和北极。

人类第一次用实验证明地球自转的现象要追溯到19世纪中期。1851年,法国物理学家傅科在巴黎国葬院(法兰西共和国的先贤祠)安放了一个钟摆装置,钟摆的长度为67米,底部的摆锤是重达28千克的铁球,在铁球的下方镶嵌了一枚细长的尖针。傅科的设想是,当钟摆摆动时,在没有外力的作用下,它将保持固定的摆动方向。如果地球在转动,那么钟摆下方的地面将旋转,而悬在空中的钟摆具有保持原来摆动方向的趋势,对于观察者来说,钟摆的摆动方向将会相对于地面发生变化。

地理那些事丨只要有“傅科摆”,你就可以看到地球自转

吊挂在法国巴黎先贤祠穹顶上的“傅科摆”

地理那些事丨只要有“傅科摆”,你就可以看到地球自转

傅科

虽然原理是这样,但是实验却并不好做。由于钟摆方向的改变是极其细微的,所以稍强一点儿的气流就会影响实验结果的准确性。而且由于摆臂越长,实验效果越明显,所以为了观察到方向的改变,实验地点一定要设置在顶棚足够高的厅堂中,顶棚用来悬挂钟摆。因此,傅科最后选择了巴黎高耸的国葬院作为实验场所,并在钟摆的下方安置了一个沙盘。在钟摆运动时,细长的针尖会在沙盘上划出一道道的痕迹,从而记录摆动的方向。

所有准备工作做好后,傅科开始聚精会神地进行实验。一秒钟、一分钟……在场的人全都屏住了呼吸。实验结果与傅科的设想完全吻合,钟摆的摆动显示为由东向西的、缓慢而持续地旋转。傅科的演示直接证明了地球自西向东的自转,所以人们把实验中的钟摆称为“傅科摆”。

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