Как объяснить принцип работы маятника Фуко кому угодно: поймет даже ребенок!

Далеко не все взрослые в полной мере понимают, что такое маятник Фуко, как он работает и для чего нужен. А как объяснить это, например, любознательному ребенку? Ему трудно представить даже то, что Земля круглая, не говоря уже о ее вращении! Но на самом деле объяснить принцип маятника Фуко любому человеку можно за пять минут, используя несколько предметов, которые найдутся почти на каждой кухне.


Ученые еще с древних пор выдвигали гипотезы насчет того, что Земля имеет форму шара, вращающегося вокруг собственной оси. Первым доказал эту теорию Аристотель, указывая, что во время лунных затмений тень Земли всегда круглой формы. Одним из более поздних доказательство шарообразности нашей планеты стал эксперимент с маятником, который провел ученый Жан Бернар Леон Фуко. Рассказываем, что такое маятник Фуко и как он устроен.

Что такое маятник Фуко?
Напомним, что маятник Фуко — это экспериментальный прибор, с помощью которого можно наглядно наблюдать суточное вращение Земли. Он представляет собой достаточно длинную (в оригинальной конструкции Жана Фуко длина составляла 67 м) стальную проволоку, на которую подвешен груз. С течением времени плоскость колебаний маятника изменяется, медленно поворачиваясь в сторону, противоположную направлению вращения Земли, причем географическое положение (широта) прибора влияет на скорость изменений.

Представить себе плоскость, неподвижную относительно звезд и, соответственно, вращающуюся относительно Земли, очень сложно. Слишком велика Земля, слишком привычна нам ее кажущаяся «плоскость», а почувствовать вращение на себе и вовсе невозможно. Маятник Фуко наглядно демонстрирует нам эффект суточного вращения, но, даже глядя на него, не всегда легко понять и принять его «показания».

А представьте себе ситуацию: подходит к вам ребенок и спрашивает: я тут прочитал про какой-то маятник Фуко, который доказывает, что Земля вертится, и ничего не понял. Можешь мне как-то попроще объяснить? Конечно, отвечаете вы и строите модель маятника прямо на кухне.

Кто такой Жан Бернар Леон Фуко и какие эксперименты он проводил
Придумавший маятник французский физик Жан Бернар Леон Фуко родился 18 сентября 1819 года в Париже. Мужчина был членом Парижской Академии наук и активным изобретателем. Помимо маятника, Фуко создал гироскоп, придумал метод измерения скорости света в воздухе и воде, а еще — предложил эффективный способ серебрения зеркал.

Впервые свой эксперимент с маятником Леон Фуко осуществил в 2 часа ночи 8 января 1851 года. Вместо лаборатории физик использовал погреб своего парижского дома. В ту ночь Фуко использовал маятник, длина которого составляла 2 метра. В феврале мужчина повторил опыт уже в обсерватории с использованием 11-метрового маятника.


Достаточно быстро информация о необычном опыте дошла до Луи (Наполеона III) Бонапарта, будущего французского императора. Он согласовал публичный повтор эксперимента с маятником под куполом Пантеона в столице Франции. Ходили слухи, что опыт Фуко был одобрен не только Наполеоном, но и Папой Пий IX. Якобы тот благословил Жан Бернар Леона на проведение эксперимента, доказывающего всемогущество Творца. Однако никаких официальных подтверждений этого факта историками найдено не было.





Публично опыт был проведен в марте 1851 года. В этот раз конструкция была еще больше — под куполом Пантеона был подвешен металлический шар массой 28 килограммов с закрепленным острием. Держала его мощная стальная 67-метровая проволока. Такое крепление позволяло маятнику свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления специально было сооружено ограждение, диаметром в 6 метров. По краю ограждения насыпали дорожки из песка так, чтобы маятник мог свободно прочерчивать необходимые отметки.

Чтобы при пуске маятника Фуко не произошел боковой толчок, конструкцию отвели в сторону, привязали веревкой, а после — веревку пережгли. Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунды, а отклонение каждого колебания от предыдущего составляло примерно по 3 миллиметра. За час плоскость колебаний маятника изменилась на 11 градусов по ходу движения часовой стрелки.


Совершив полный оборот примерно за 32 часа, маятник Фуко доказал, что Земля — круглая планета, которая вращается вокруг своей оси. Потрясенный гениальным опытом Фуко совет Ордена Почетного легиона удостоил ученого самой престижной награды Франции. После этого маятник Фуко распространился по другим странам. Ученые стали конструировать прибор по принципу, разработанному Фуко, меняя лишь технические параметры и дизайн площадок для установки системы.

Что такое маятник Фуко: видео
На видео показан один из самых больших маятников Фуко в Европе, который находится в Киевском политехническом институте.

Принцип работы маятника Фуко: собираем прибор у себя дома
Построить модель можно практически из чего угодно, можно сделать ее красивее, больше, фотогеничнее. Мы предпочли использовать простые предметы, которые можно в считаные минуты найти почти на любой кухне. Не понадобится даже идти в магазин.


Итак, тарелка, три вилки, две иголки, пробка, какой-либо груз (лайм, картофелина, маленькое яблоко), катушка ниток, соль. Тарелка исполняет роль Земли, а стол, на котором она стоит, — неподвижной системы координат, в которых Земля вращается (проще говоря — звезд). Из всего этого несложно соорудить конструкцию, изображенную на первом фото. Самое трудное — подобрать длину нити, чтобы кончик иголки едва-едва не касался поверхности тарелки. Очень важно соблюсти центровку, то есть проследить, чтобы кончик иглы вышел из самой серединки плода, который используется в качестве груза.





Затем мы запускаем систему — лучше всего оттянуть груз в сторону и отпустить. Маятник начинает колебаться. Если мы будем поворачивать тарелку вокруг оси, обнаружится, что маятник не поворачивается вместе с ней, а продолжает колебаться в постоянной плоскости! Соль в данном случае используется для наглядности — при повороте тарелки кончик иглы вычерчивает новую траекторию.

Теперь достаточно представить, что тарелка очень большая — диаметром с Землю. И она вертится, как по легенде говаривал Галилей, самостоятельно, подобно тому, как мы вращаем тарелку рукой. А маятник Фуко, спускаясь с купола Московского планетария или парижского Пантеона, выписывает затейливую фигуру, постоянно изменяя плоскость колебаний относительно Земли. Точнее, это Земля изменяет свою позицию относительно маятника. Как тарелка.



Также по теме стоит почитать о наших опытах с кинетическим песком и распространении пламени по парафиновым парам.

Где сегодня можно увидеть маятник Фуко
Один из самых больших маятников Фуко Европы и самый огромный маятник СНГ находится в Киевском политехническом институте. Конструкция состоит из 43-килограммового бронзового шара на 22-метровой нити.

До 1986 года огромный 98-метровый маятник Фуко находился в Исаакиевском соборе Санкт-Петербурга. Туристам во время экскурсии предлагали стать наблюдателями эксперимента. Плоскость вращения маятника поворачивалась, из-за чего стержень касался предмета размером с коробок спичек, лежащего на полу далеко от плоскости вращения прибора.

Сегодня большие действующие маятники Фуко в России находятся в Московском планетарии, Сибирском федеральном университете, Санкт-Петербургском и Волгоградском планетариях, в Приволжском федеральном университете в Казани и на 7 этаже Фундаментальной библиотеки МГУ в Москве.

Источник