【傅科擺的觀念世界 傅科擺原理】
傅科擺原理（傅科擺的觀念世界）
盡管我們都知道地球在動(dòng)，但這項(xiàng)事實(shí)的證據(jù)不管多么確鑿，卻全都是由天文觀測(cè)結(jié)果推斷而得，沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡，不知道該怎么樣用望遠(yuǎn)鏡的人，完全沒(méi)辦法親眼看到那種運(yùn)動(dòng) 。近日，有網(wǎng)友對(duì)傅科擺和地球自轉(zhuǎn)的關(guān)系比較好奇，向小編發(fā)出了疑問(wèn) 。今天，我們就一起來(lái)看看傅科擺是如何證明地球自轉(zhuǎn)的 。
要了解傅科擺的工作原理，我們要先了解一下單擺 。
單擺是最簡(jiǎn)單的擺 。理想情況下的單擺擺線要求是沒(méi)有質(zhì)量，也不會(huì)像彈簧或者皮筋一樣會(huì)被拉長(zhǎng)；而擺球，要求是只具有質(zhì)量，體積可以忽略不計(jì)——如果相對(duì)擺線長(zhǎng)度，擺球直徑相當(dāng)小，那么就可以忽略掉擺球的體積 。這樣的情況下，單擺周期僅僅和擺線的長(zhǎng)度以及重力加速度有關(guān) 。
在地球表面，我們一般是無(wú)法改變重力加速度的 。所以可以說(shuō)，地面的單擺，擺線越長(zhǎng)，擺動(dòng)的周期也就越長(zhǎng) 。而且單擺還有一個(gè)特性，就是只要我們給它一個(gè)恰當(dāng)?shù)某跏甲饔?，單擺將僅僅在一個(gè)固定的平面擺動(dòng) 。
所謂固定的平面，必然是有參照物的 。在大多數(shù)時(shí)候，固定平面是指相對(duì)于大地固定 。其原因是地球自轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)擺線和擺球，從而一起轉(zhuǎn)動(dòng) 。
傅科擺的一個(gè)巧妙之處就是，通過(guò)擺線的非常小摩擦力的上端設(shè)計(jì)，使得地球自轉(zhuǎn)幾乎不會(huì)對(duì)單擺產(chǎn)生影響 。
于是擺球的擺動(dòng)超然于地球自轉(zhuǎn)，也就確定了一個(gè)相對(duì)于恒星固定的擺動(dòng)面 。而以遙遠(yuǎn)的恒星為參照物，我們是可以觀測(cè)到地球的自轉(zhuǎn)的 。就這樣，擺球擺動(dòng)的平面和地球自轉(zhuǎn)就有了一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 。
下面我們把傅科擺放在北極點(diǎn)，相對(duì)于恒星，我們就會(huì)看到，擺動(dòng)平面不動(dòng)，但是一個(gè)擺動(dòng)周期之后，地球因?yàn)樽赞D(zhuǎn)，擺球已經(jīng)離開(kāi)了原來(lái)的位置 。
傅科在擺球下端加裝了一個(gè)針狀物，使得擺球擺動(dòng)時(shí)可以在地面的沙子上畫(huà)下自己的痕跡 。而沙子，無(wú)疑是跟隨隨著地球自轉(zhuǎn)同步運(yùn)動(dòng)的 。這樣我們就可以觀察到擺的擺動(dòng)方向?yàn)橛蓶|向西的、緩慢而持續(xù)的旋轉(zhuǎn)，從而印證了地球的自轉(zhuǎn) 。
事實(shí)上，在北半球，傅科擺都是以此方向轉(zhuǎn)動(dòng)的，而南邊球則相反 。其演示效果也是隨著緯度提升而提升 。在赤道，我們將觀測(cè)不到擺的轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)樵诔嗟郎?，地面和擺動(dòng)平面是相對(duì)靜止的 。
我們知道，地球的自轉(zhuǎn)周期約為24小時(shí) 。我們要觀察到明顯的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，擺的周期和振幅就都不能太小，所以傅科擺要求擺線盡量長(zhǎng) 。當(dāng)年傅科做實(shí)驗(yàn)時(shí)候，擺線長(zhǎng)達(dá)67米，擺球重達(dá)28公斤！
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