傅科摆 简单的傅科摆,为什么可以证明地球在自转?
傅科摆的出现是在1851年,这时距离哥白尼提出日心说已经过去了三个世纪,可以说我们很早就知道了地球在运动这件事,但是一直没法证明。因此就算是到了19世纪,也还是有很多人不相信日心说,这些人以感觉不到地球在动为依据依然死守着地心说最后这块堡垒。
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毕竟眼不见不为实嘛,你说地球在自转,那你给我证明一个看看。而莱昂·傅科的这个实验以非常巧妙、简洁的方式就证明了地球真的再转,而且这个实验也很容易被大伙重复做出来。下面我就说下这个实验为何可以证明地球在自转?以及关于莱昂·傅科的一些故事。莱昂·傅科1819年是法国物理学家,出生在巴黎,一开始他并没有攻读物理学,而是学习的是医学,这是他父亲对他的期望。
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可能是出于对父亲的尊重,傅科也当了一名医生,但是他本人对医学并不感兴趣,而是对物理学比较痴迷,喜欢搞个小发明。所以他这医生就当的是三天打鱼两天晒网,完全不上心。一个人有时可能面对有些事很难做出抉择,他往后的路该怎么走。巧的是,跟他同村的一位同学叫阿曼德·菲索,他们属于同龄人,也有着相同的经历,同样是当着医生,心理却喜欢搞了发明创造。
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阿曼德希波吕忒路易斯1819-1896法国物理学家。斐索干涉最出名的是确定光速与福柯里昂但是菲索本人就比较果断一些,放弃了自己的职业,搞起了物理学研究,所以傅科也就跟着菲索走上了实验物理的道路。前期他们两个主要就是对摄影技术的改良和光速的测量,菲索首创了在实验室测量光速的方法,傅科通过改良旋转镜法将光速测量误差缩小到了1%。菲索还有一个比较伟大的成就,就是1848年他独立地发现了光波的多普勒效应,指出可以通过恒星光谱的偏移来测量恒星的视向速度,所以对于光波的由于其运动造成的波长的变化也被称为多普勒-菲索效应。
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而傅科最伟大、也最被人熟知的就是他设计的傅科摆。傅科摆其实就是一个单摆,区别在于它的规模非常大,设置在法国巴黎先贤祠的穹顶上,摆长达到了67米,而摆锤的直径达到了30公分,重达27公斤。摆线肯定也是选用比较细的钢索,而且如此长的摆长和如此重的摆锤只有一个目的,就是减小地球自转给单摆造成影响。你看,我们平时感觉不到地球在自转的原因是我们就站在地表,总是跟着地球在自转,不论我们做什么事情,或者是多么精密的实验,我们都无法察觉到地球在动。
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而傅科摆的关键就在于,我们可以利用摆锤摆动时的惯性来抵抗掉地球的自转。也就是地球自个转自个的,傅科摆依靠惯性摆动,不会跟着地球旋转。当傅科摆在一个平面上摆动的时候,由于只有向下的重力存在,没有其他的外力,因此摆动的时候摆锤应该只会在一个平面上摆动。如果地球本身也不自转的话,那么摆动平面更不会发生偏移,但是真实的情况是,傅科摆的摆动平面在旋转。平面偏移的速度跟所处维度有关系,根据巴黎的维度,傅科摆平面每小时有11°的偏移量,也就是转一周的话需要31小时47分。
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如果把傅科摆放到北极极点,那么傅科摆的平面偏移量每小时就是15°,转一圈刚好24小时。也就是地球自转一圈的时间。而且在北半球傅科摆摆动平面的偏移方向为顺时针,要是把实验挪到南半球偏移方向就变为了逆时针。在赤道上则机会不动。上文说了傅科摆的平面自己不会动,而唯一能动的就是地球在自转,由于我们人是站在地球上看傅科摆,因此傅科摆平面的偏移方向正好和地球的自转相反。这个实验十分简单的证明了地球在自转,所以很多人在傅科摆的跟前一站就是一两个小时,因为只有看着它,我们才能真切地感受到自己站的大地在动。
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