证明地球自转的发明——傅科摆

作者:张小李来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-12-26

傅科走入了科学的殿堂,人们为了纪念这次伟大的摆动实验,傅科摆由此而得名。

  故宫博物院收藏了一件清代流入宫廷的珍贵的西洋仪器——傅科摆模型,其功能是证明地球在自转。模型由四根立柱组成,合拢后呈一圆柱形。使用时将四根立柱打开,使之呈四边形,中间吊垂一直径三厘米的铜实球,球自动沿圆弧作往复运动,并缓慢地改变转动平面。

傅科摆模型

傅科摆模型(来源360百科)

  傅科摆的发明人是莱昂·傅科(J.Foucault,1819年9月19日1868年2月11日),法国人,物理学家,发明家。傅科思维活跃,动手能力极强。在实验物理学领域有多方面的发明创造,其中最著名的有测定光速、傅科摆实验以及提出涡电流理论。

  傅科为什么要发明傅科摆来证明地球的自转呢?话还得从波兰天文学家哥白尼的日心说(地动说)说起。1514年,哥白尼提出,地球围绕太阳公转的同时还在自转,这一点观点推翻了传统天文学的认识。科学家通过观测,在理论上逐渐接受了哥白尼的观点,但没有想出证明地球自转的直观实验。

傅科

傅科(来源网易号黑洞长眠)

  最终,历史机遇落到了傅科的头上。1845年傅科任《辩论》报的科学记者,他在撰写科学报道的同时,也在家中做物理实验。一天,他又在家中做物理实验,经过十几次的努力,他还是失败了,他失望的坐在凳子上,看着墙上时钟的摆锤来回摇摆,突然,一个奇特的想法出现在他的脑海里:时钟的摆锤运动或许能证明地球在自转。他想:如果地球不自转,摆锤摆动时不受外力,将保持固定的摆动方向。如果地球自转,摆锤将会受到重力、惯性等各方面因素,运动轨迹也会发生偏差。

傅科高兴极了,马上投入新的试验中,经过反复的试验,傅科在家中成功完成了证明地球自转的摆动实验。他在家中天花板下,用两米长的钢丝吊了一个五公斤重摆锤,实验开始时,摆锤开始摆动,傅科发现,摆锤的摆动轨迹发明细微的变化。他知道,自己终于找到了证明地球自转的实验方法!

傅科摆的试验

傅科摆的实验(来源图虫创意)

  紧接着,傅科将他的试验公诸于世。1851年,他在巴黎先贤祠屋顶中央安放了一个摆长67米、以28公斤圆铁球为摆锤的钟摆装置,铁球的下方镶了一枚尖针,下面放启动栓和直径6米的沙盘。傅科先把实验原理告诉大家,每当摆锤经过沙盘上方的时候,摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。按照日常生活的经验,如果地球不自转的话,这个硕大无朋的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹。实验开始了,人们惊奇的发现,傅科设置的摆每经过一个周期的震荡,在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹(准确地说,在这个直径6米的沙盘边缘,两个轨迹之间相差大约3毫米)。由此摆锤的运动轨迹实验可以证明地球是自转的。

  现场观众大为叹服,甚至有人高呼:“伟大的哥白尼!了不起的傅科!”从此,傅科摆走入了科学的殿堂,人们为了纪念这次伟大的摆动实验,傅科摆由此而得名。

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