傅科摆_傅科摆视频_傅科摆摆动轨迹图

为了证明地球在自转,法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验,傅科摆由此而得名.实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行,摆长67米,摆锤重28公斤,悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度.这种摆惯性和动量大,因而基本不受地球自转影响而自行摆动,并且摆动时间很长.在傅科摆实验中,人们看到,摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动,摆动方向不断变化.分析这种现象,摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用,按照惯性定律,摆动的空间方向不会改变,因而可知,这种摆动方向的变化,是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果,地球上的观察者看到相对运动现象,从而有力地证明了地球是在自转.傅科摆放置的位置不同,摆动情况也不同.在北半球时,摆动平面顺时针转动；在南半球时,摆动平面逆时针转动,而且纬度越高,转动速度越快；在赤道上的摆几乎不转动.傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15tsinφ来求,单位是度.式中φ代表当地地理纬度,t为偏转所用的时间,用小时作单位,因为地球自转角速度1小时等于15°,所以,为了换算,公式中乘以15.

北京天文馆大厅里也有一个巨大的傅科摆,时时刻刻提醒人们,地球在自西向东自转着.

无论我们认为地球是绕自身轴旋转,或者认为是恒星

绕地球旋转而地球处于静止,这都是无关紧要的.

——马赫

傅科

三百多年以前伽利略接受罗马教廷的审判,当他被迫承认地心说的时候,有人记载说,伽利略喃喃自语道：“可是地球仍然在动啊!”伽利略是否说过这句话已经不可考,按理说后人杜撰的成分比较大.很难想象有人听见了伽利略低声说出的“异端”言论,并且把它记录了下来,更何况当时伽利略已经神志不太清醒.圣经说大地是不动的；而现在,即使是小学三年级的学生也知道地球存在自转和公转.那么,一个问题是,如何观察到地球的运动——比如自转呢?

150年前的实验

时间回溯到1851年的巴黎.在国葬院（法兰西共和国的先贤祠）的大厅里,让·傅科（Jean Foucault）正在进行一项有趣的实验.傅科在大厅的穹顶上悬挂了一条67米长的绳索,绳索的下面是一个重达28千克的摆锤.摆锤的下方是巨大的沙盘.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,这个硕大无朋的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹.

国葬院外观

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）.“地球真的是在转动啊”,有的人不禁发出了这样的感慨.

摆的运动可以超然于地球的自转,但悬挂摆的支架一般却要带动它参与地球的自转.为解决这一问题,傅科采取了一种简单而巧妙的装置－万向节（如图）,从而使摆动平面超然于地球的自转.

傅科的这个摆的是一个演示地球自转的实验.这种摆也因此被命名为“傅科摆”.傅科摆为什么能够演示出地球自转呢?简单的说,因为惯性.

通常,我们说“地球具有自转”的时候,我们并没有明确出它到底相对于什么自转.这是一个非常重要的问题,如果没有参照物,谈论运动是不可想象的.还没有办法在空间中打上一根钉子作为绝对的参照物,因此,我们只能依靠较远的、看起来似乎是静止的天体作为参照物.事实上,那些天体也绝不是“空间中的钉子”,只不过因为它们实在太遥远了,我们不妨——事实上恐怕也是唯一的选择——把它们作为参照物.以遥远的恒星作为参照物,一个物体不受外力作用的时候,将一直保持它的运动状态.这也是牛顿第一定律的内容.

摆是一种很有趣的装置.给摆一个恰当的起始作用,它就会一直沿着某一方向,或者说某面运动.如果摆的摆角小于5度的话,摆锤甚至可以视为做一维运动的谐振子.