Маятник Фуко.
В 1851 году французский ученый Леон Фуко устроил сенсационную, можно сказать, историческую презентацию в парижском Пантеоне. Она доказывала группе лиц, с участием Наполеона III, что Земля вращается вокруг своей оси — явление известное как суточное вращение.
Тогда, 159 лет назад, ученый под куполом Пантеона подвесил металлический шар весом 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 метров. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях. Под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 метров. По краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли.
читать дальшеНадо сказать, что маятник такой длины совершает одно полное колебание за 16,4 с, и вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.
Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей в подобие истерики: им казалось, что они чувствуют вращение Земли под собственными ногами!
Шло время. Маятник, колебался в ответ на вращение Земли. Quod erat demonstratum (Что и требовалось доказать. - Д.А.). Далее общая теория относительности Эйнштейна подкрепила это явление объяснением, "почему плоскость колебаний маятника не остается неизменной в абсолютном пространстве, как и ожидал Фуко, но медленно изменяется вследствие вращения Земли".
Маятник был эдаким простым доказательством «теории веков», став одним из самых известных вкладов Фуко в науку. Многие современные научные музеи имеют свои версия маятника Фуко, включая и Обсерваторию Гриффита в Лос-Анджелесе.
Это изобретение французского исследователя вдохновило даже исторического писателя Умберто Эко на мировой бестселлер - роман «Маятник Фуко».
Увы, но в прошедшем мае издание «The Times Higher Education» сообщило, что оригиналу маятника Фуко был нанесен непоправимый ущерб. Его неожиданно задел кабель и маятник, упав на мраморный пол Музея искусств и ремесел в Париже (Musee des Arts et Metiers in Paris), разбился.
Кстати говоря, оригинал маятника Фуко уже был в опасности: в мае 2009 года во время одной вечеринки, один из гостей схватил маятник и качнул его за «безопасный барьер», но, к счастью, тогда он не пострадал.
И хотя первоначальный оригинал, конечно же, всегда будет иметь особое непреходящее значение для человечества, осталась еще и великолепная точная копия этого маятника, которая качается в Парижском Пантеоне (на фото ниже). Что говорить уже о других бесчисленных местах на земном шаре.
Под куполом здания Фуко подвесил металлический шар массой 28 кг на стальной проволоке длиной 67 м. В отличие от часового маятника, который может качаться только в одной плоскости, у маятника Фуко верхний конец проволоки был закреплен таким образом, чтобы он мог качаться одинаково свободно во всех направлениях. Под маятником было сделано круговое ограждение радиусом 6 м с центром прямо под точкой подвеса. На ограждение был насыпан песок, чтобы при каждом качании прикрепленное под шаром маятника металлическое острие могло сметать его на своем пути. Чтобы обеспечить пуск маятника без бокового толчка, его отвели в сторону и привязали веревкой. После того как маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли и маятник пришел в движение. Маятник такой длины совершает одно полное колебание за 16,4 с, и вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами. Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48°51' северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. Поэтому при повороте Земли на 360° в течение 24 ч северный край кольца будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг.
МАЯТНИК ФУКО (справа вверху), изображен в сильно увеличенном виде относительно размера Земли приблизительно на широте (f) Парижа. Радиус окружности из песка под маятником равен r; расстояние от земной оси до центра окружности равно R. Пользуясь формулой, приведенной в тексте, можно вычислить, насколько при вращении Земли южный край песочной окружности движется быстрее северного.
На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается точно на 15° каждый час и совершает полный оборот на 360° за 24 ч. (Поверхность Земли поворачивается на 360° в сутки вокруг земной оси.