Что такое маятник Фуко и каков принцип его работы? Маятник фуко и его влияние на мировую культуру Что доказывает маятник фуко.
Жан Бернар Леон Фуко. Не позднее 1868 года. Фото: Commons.wikimedia.org / Léon Foucault
Что такое маятник Фуко?
В середине XIX века Жан Фуко изобрёл устройство, которое наглядно демонстрирует вращение Земли. Вначале учёный провёл эксперимент в узком кругу. Позже об этом опыте узнал Луи Бонапарт. В 1851 году будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже.
Во время эксперимента Фуко взял груз весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза учёный закрепил металлическое острие. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника острый стержень, закреплённый снизу груза, сбрасывал песок приблизительно в трёх милиметрах от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Фуко таким образом доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник Фуко не показывал бы изменения плоскости колебаний.
За проведение этого опыта Фуко был удостоен Ордена Почётного легиона — высшей награды Франции. Маятник Фуко впоследствии получил распространение во многих странах. Существующие приборы в основном сконструированы по одному и тому же принципу и различаются между собой по техническим параметрам и дизайну площадок, на которых они установлены.
Как может меняться плоскость вращения маятника?
На плоскость вращения маятника влияет как географическая широта места, где он установлен, так и длина подвеса (длинные маятники вращаются быстрее).
Маятник, установленный на Северном или Южном полюсе, будет делать оборот за 24 часа. Маятник, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться, плоскость останется неподвижной.
Маятник Фуко в Парижском Пантеоне. Фото: Commons.wikimedia.org / Arnaud 25
Где можно увидеть маятник Фуко?
В России на действующий маятник Фуко можно просмотреть в Московском планетарии, Сибирском федеральном университете, в атриуме 7-го этажа Фундаментальной библиотеки МГУ, Санкт-Петербургском и Волгоградском планетариях, в Приволжском федеральном университете в Казани.
Маятник Фуко в Интерактивном музее "Лунариум" Московского планетария
До 1986 года маятник Фуко длиной 98 м можно было увидеть в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге. Во время проведения экскурсии посетители собора могли наблюдать за экспериментом — плоскость вращения маятника поворачивалась, и стержень сбивал спичечный коробок на полу поодаль от плоскости вращения маятника.
Самый большой в СНГ и один из самых крупных маятников Фуко в Европе установлен в Киевском политехническом институте. Шар из бронзы весит 43 килограмма, а длина нити составляет 22 метра.
Ученые прилагали немалые усилия и потратили немало времени, чтобы наконец доказать это. Они бросали грузы из башни или в глубокие скважины и выстреливали пушечными ядрами вертикально в воздух, чтобы попытаться выявить малейшие отклонения в их траектории. Но все попытки зафиксировать вращения Земли были неудачными.
Пока в 1851 году Жан Фуко наконец не смог визуально доказать вращение Земли. Медик по образованию Фуко был еще и талантливым изобретателем. Он разработал простую экспериментальную установку, которую любой без проблем мог воспроизвести.
Но по непонятной причине в России маятник Фуко все равно стал заложником отношений церкви и государства. Его сняли в 86-ом году, когда храм вернули верующим. Сейчас бронзовый шар лежит в хранилище, в подвалах Собора. Помещен на вечное хранение, включен в блокадную экспозицию как часть городской истории.Причина, по которой маятник убрали, наполовину инженерная, наполовину богословская. В центр купола, где раньше крепился трос, возвращена фигура голубя, символизирующая Святой Дух. Привязывать маятник к ней и неэтично, и ненадежно, а другого подходящего места в здании нет. Да и вообще, астрономические приборы должны размещаться в специально приспособленных для этого зданиях, считают в музее. Хотя о маятнике вспоминают с ностальгией.
В ночь с 11 на 12 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе в присутствии 7 тысяч зрителей впервые качнули маятник Фуко, наглядно иллюстрирующий вращение Земли. Как рассказывает НТВ-СПб, публика была в восторге: многие спорили, будет ли сбит поставленный на специальную подставку спичечный коробок или нет. Небесная механика не подводила: плоскость качания маятника зрительно поворачивалась, и коробок падал. Тогда это называли триумфом науки над религией. Однако зря.
«На самом деле, всё было наоборот, — говорит хранитель экспозиции Исаакиевского собора Сергей Окунев. — Первый опыт Фуко был выполнен с благословения папы Римского для того, чтобы доказать могущество Бога».
Маятник сохраняет плоскость своих колебаний, а Земля вращается, поэтому смещается стрелка. Классический опыт. Каким образом доказательство вращения Земли опровергает догмат существования Бога, до сих пор никто не объяснил. Но по непонятной причине в России маятник Фуко все равно стал заложником отношений церкви и государства. Его сняли в 86-ом году, когда храм вернули верующим. Сейчас бронзовый шар лежит в хранилище, в подвалах Собора. Помещен на вечное хранение, включен в блокадную экспозицию как часть городской истории.
Причина, по которой маятник убрали, наполовину инженерная, наполовину богословская. В центр купола, где раньше крепился трос, возвращена фигура голубя, символизирующая Святой Дух. Привязывать маятник к ней и неэтично, и ненадежно, а другого подходящего места в здании нет. Да и вообще, астрономические приборы должны размещаться в специально приспособленных для этого зданиях, считают в музее. Хотя о маятнике вспоминают с ностальгией.
Технические характеристики маятника Фуко в Исаакиевском соборе были такими: вес шара — 54 кг; длина проволоки подвеса — 98 м (встречаются
цифры 93 и 97 м); период колебания — немногим менее 20 секунд; расстояние между соседними пересечениями маятника на внешней окружности центра собора за время 20 с — около 6 мм (при
этом за один час Земля поворачивается на 13 градусов). Зто был самый
большой маятник Фуко, когда-либо применявшийся для демонстрации вращения Земли. — See more at: http://www.kontext-paper.ru/7272#sthash.WBUTZdLf.dpuf
В 1931 году в Исаакиевском соборе демонстрировали опыт с маятником Фуко
Советская власть боролась с опиумом для народа: научный опыт назначили на пасхальную ночь. Семь тысяч ленинградцев набилось в Исаакиевский собор, отданный тогда под антирелигиозный музей. «Красная газета» на следующий день писала: «Многочисленные посетители с громадным интересом слушали лекцию профессора Каменщикова, посвященную опыту Фуко. Лекция из „Исаакия“ передавалась по радио в ряд городов Советского Союза». Потом маятник Фуко еще долго висел в «Исаакии » и «вычерчивал в пустоте свои диагонали от края до края астигматической замкнутой линии», как написал в одноименном романе Умберто Эко.
Наблюдать за качаниями светильников в соборе, оказывается, любил не только Галилей. Эту страсть он передал и своему ученику Винченцо Вивиани. В 1660 г. в отличие от Галилея он обратил внимание на другую особенность колебаний маятника на длинной нити.
Оказывается, плоскость их качаний постоянно отклоняется, причем всегда в одну и ту же сторону - по часовой стрелке, если смотреть на маятник сверху вниз. А в 1664 г. ученый из города Падуи Джованни Полени связал это отклонение с вращением Земли - дескать, Земля вращается, а плоскость колебаний маятника как была, так и остается. Вот и наблюдается это стоящими на Земле людьми как отклонение плоскости качаний маятника.
Но оказывается, это свойство маятника было известно и вездесущим древним. Действительно, новое - это хорошо забытое старое. Вот что писал по этому поводу в своей «Естественной истории» римский ученый Плиний Старший, живший в I в. н. э.: «Есть возможность устроить компас без магнита. Для этого нужно взять маятник и заставить его качаться по определенному направлению. При поворотах корабля маятник будет сохранять в своих качаниях заданное ему направление» (рис . 94).
Надо сказать, кое-что в совете Плиния вызывает сомнение. Первое - не мог Плиний знать про компас, в Европе про него узнали гораздо позже, по крайней мере дали это название. Так что многое, приписываемое Плинию, вполне мог внести от себя переводчик его трудов с латыни в XVIII в. Второе - невозможно, чтобы так долго маятник не изменял плоскости своих колебаний, его подвес сделать идеальным нельзя, да и воздух вокруг будет давать помехи. И третье - вращение Земли будет само «отклонять » плоскость колебаний маятника, так что корабль «заходит » по кругу. Но так или иначе, Плинием было замечено, что маятник сохраняет плоскость своих качаний. И это свойство блестяще применил французский ученый Жан Бернар Леон Фуко (1819 —1868), создав свои знаменитые маятники. С детства Фуко учиться не любил, знания давались ему с трудом. Но руки у него были золотые - он мастерил игрушки, приборы, сам построил паровую машину, прекрасно работал на токарном станке.
Первые опыты с маятником Фуко провел в погребе своего дома в Париже. К вершине свода погреба он прикрепил двухметровую проволоку из закаленной стали и подвесил на ней пятикилограммовый латунный шар. Отведя шар в сторону, зафиксировав его с помощью нити возле одной из стен, Фуко пережег нить, предоставив маятнику возможность свободно качаться. И уже через полчаса он стал свидетелем вращения Земли. Это произошло 8 января 1851 г.
А спустя несколько дней Фуко повторил свой опыт в Парижской обсерватории по просьбе ее директора, знаменитого французского ученого Араго. На этот раз длина проволоки составляла уже 11 м. И отклонение плоскости качания маятника было еще заметней.
Об опыте Фуко заговорили повсюду. Всем хотелось своими глазами увидеть вращение Земли. Дело дошло до того, что президент Франции принц Луи-Наполеон решил поставить этот опыт в поистине гигантских масштабах, чтобы демонстрировать его публично. Фуко было предоставлено здание парижского Пантеона с высотой купола 83 м.
Уже в апреле того же 1851 г. опыт Фуко был открыт для обозрения в Пантеоне (рис . 96). Длина подвеса маятника - стальной проволоки диаметром 1,4 мм - была 65 м, масса маятника - 28 кг. Металлический шар совершал одно полное колебание за 16 секунд, проходя 14 м пути, и отклонялся при этом на 2,5 мм от первоначального положения. Особый электромагнит поддерживал постоянство колебаний.
Посмотреть на маятник Фуко приходили целые толпы парижан. Демонстрации опыта Фуко стали устраивать в самых разных странах. Сообщения об этом приходили из Ливерпуля и Оксфорда, Бристоля и Дублина, Женевы и Ренна. Даже в Рио-де-Жанейро и в Коломбо на Цейлоне этому замечательному опыту аплодировали тысячи восторженных зрителей. Появились и комнатные модели маятников Фуко.
Но самым грандиозным в свое время был опыт с маятником Фуко в здании Исаакиевского собора в Ленинграде (нынешнем Санкт-Петербурге) (рис . 97). Первая демонстрация его состоялась 6 марта 1931 г. На стальной проволоке диаметром 1 мм и длиной 98 м был подвешен бронзовый шар массой 60 кг. Достаточно северное положение города обеспечивало значительное отклонение маятника - за час примерно 13°. Это в два с лишним раза больше, чем у самого Фуко в Пантеоне. За одно колебание плоскость качаний смещалась на 6 мм, что было хорошо видно.
Устроить небольшой маятник Фуко можно и самому. Нужно приготовить маятник, например, привязав к нитке тяжелую гайку, взять в руку свободный конец нитки и… Нет, вам не придется стоять часами, ожидая, пока Земля повернется. Лучше станьте на известную скамью Жуковского или даже на покупную «Грацию » и, вытянув руку с качающимся маятником, попробуйте завращать себя. Маятник в вашей руке будет сохранять первоначально заданное направление колебаний, например от двери к шкафу (рис . 98).
И еще про Фуко, вернее, про пример его жизни. Он плохо учился в школе (внимание , лентяи!), не тянулся к знаниям. К тому же у него было очень слабое здоровье. Но увлекшись интересным делом, он стал знаменитым на весь мир ученым, его имя вошло во все энциклопедии. И не только из-за его маятника. Фуко измерил скорость света как в воздухе, так и в воде, открыл свои вихревые «токи Фуко» и сделал много других открытий в физике.
Вот что такое увлеченность!
Маятник Фуко представляет собой массивный груз, подвешенный на проволоке или нити, верхний конец которой укреплён (например , с помощью карданного шарнира) так, что позволяет маятнику качаться в любой вертикальной плоскости. Если маятник Фуко отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то действующие на груз маятника силы тяжести и натяжения нити будут лежать всё время в плоскости качания маятника и не смогут вызвать ее вращения по отношению к звездам (к инерциальной системе отсчёта, связанной со звёздами).
Наблюдатель, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, будет видеть, что плоскость качаний маятника медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли (рис . 1).
Схема движения маятника Фуко
Таким образом подтверждается факт суточного вращения Земли. На Северном или Южном полюсе плоскость качаний маятника Фуко совершит поворот на 360° за звездные сутки. В пункте земной поверхности, географическая широта которого равна j, плоскость горизонта вращается вокруг вертикали с угловой скоростью:
где w — угловая скорость вращения Земли.
Здесь плоскость качания маятника вращается с той же угловой скоростью. Поэтому видимая угловая скорость вращения плоскости качаний маятника Фуко на широте j, выраженная в градусах за звездный час, имеет значение wм = 15° sin j, т. е. будет тем меньше, чем меньше j и на экваторе обращается в нуль (плоскость качаний не вращается). В Южном полушарии вращение плоскости качаний будет наблюдаться в сторону, противоположную наблюдаемой в Северном полушарии. Уточнённый расчет даёт значение:
wм = 15° (1 -3 (A / L)2 /8) sin j,
где A — амплитуда колебании груза маятника;
l - длина нити.
Добавочный член, уменьшающий угловую скорость, тем меньше, чем больше l. Поэтому для демонстраций опыта применяют маятники Фуко с возможно большей длиной нити (в несколько десятков метров).
МАЯТНИК ФУКО
устройство, наглядно демонстрирующее вращение Земли. Его изобретение приписывают Ж. Фуко (1819 −1868). Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал Л. Бонапарта (позднее ставшего Наполеоном III, французским императором), что он предложил Фуко повторить его публично в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже. Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851, и принято называть опытом Фуко.
ЗНАМЕНИТЫЙ ОПЫТ ФУКО, проведенный в Пантеоне в Париже в 1851, который продемонстрировал, что Земля вращается вокруг своей оси. Маятник представлял собой груз B весом 28 кг, подвешенный под куполом здания на проволоке A длиной 67 м. При освобождении маятника он начинал качаться вдоль линии C. При каждом последующем качании маятник сбрасывал песок, насыпанный сверху на ограждение, приблизительно в 3 мм от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа маятник прошел уже по линии D.
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.)
Брат-близнец маятника Фуко, изобретенного во Франции и предназначенного для доказательства вращения Земли вокруг Солнца, был создан в Петербурге более 80 лет назад. И размещался элемент, призванный по задумке советской власти доказать отсутствие в мире божественного, не где-нибудь, а в Исаакиевском соборе.
Хранитель государственного музея-памятника «Исаакиевский собор» Сергей Николаевич Окунев сегодня рассказал мне, что маятник по-прежнему находится в соборе и многие знающие об этом посетители крайне не рады сему факту. Мол, оскверняющий собор в течение 60 лет элемент не достоин памяти.
Саму идею опыта сотрудники музея подхватили у французского физика Жана Фуко, который продемонстрировал его под куполом Пантеона. «Опыт провели с благословения Папы Римского для того, чтобы доказать могущество Бога. В СССР у аналогичного действия были совсем другие задачи — доказать отсутствие божественного», — рассказал Сергей Николаевич.
Появился маятник, подвешенный прямо под куполом собора, в 1931 году. Тогда, переставший быть собором, Исаакиевский стал Государственным антирелигиозным музеем, где в ночь с 11 на 12 апреля был продемонстрирован опыт, доказывающий вращение Земли вокруг своей оси. Такое вот опровержение божественного.
Маятник исчез из Исаакиевского собора в тот момент, когда к людям вернулась вера. 17 июня 1990 года в Исаакиевском соборе состоялось торжественное богослужение, впервые после закрытия. Маятник Фуко же постигла невеселая участь: его демонтировали, а на освободившееся место вернули свергнутого ранее голубя как символ Святого Духа.
Сегодня в самом соборе можно найти только напоминание о маятнике: на полу в центре, строго под куполом, выложен разноцветный орнамент в форме круга. Почти 60 лет это место было ограждено и входить туда разрешалось только экскурсоводам. Внутри него прямо через центр раскачивался шар с наконечником, подвешенный на проволоке где-то высоко под куполом. В начале рассказа экскурсовод ставил на внешнюю окружность брусок в нескольких сантиметров от того места, где шар пересекал окружность. За время рассказа расстояние между бруском и наконечником шара неизменно сокращалось. Наконец, под удовлетворенные возгласы брусок падал, сбитый при очередном пролете шара.
Посмотреть же на маятник сейчас можно лишь в подвалах Исаакиевского собора, где он то ли мирно дожидается своего нового выхода, то ли просто отдыхает от непрерывной многолетней работы.
В 1963 году Исаакиевский собор был открыт после реставрации. Перед этим культовые фонды были переданы в антирелигиозный музей (в Казанский собор). С тех пор работающий здесь музей имеет сугубо историческую направленность.
В Исаакиевском соборе хранится бюст Огюста Монферрана, выполненные из 43 пород минералов и камней — всех, что использовали при строительстве храма.
К 1981 году маятник Фуко устарел, так как никому уже не требовалось доказывать вращение Земли вокруг своей оси. Его не передали другой организации из-за больших размеров. Для маятника не нашлось другого здания необходимой высоты. Его поместили между дверьми. Толщина стен Исаакиевского собора вместе с облицовкой составляет пять метров, поэтому промежуток между дверьми позволяет хранить между ними некоторые предметы.
После снятия маятника музей «Исаакиевской собор» стал не просто историческим, а историко-художественным. Таким он остаётся до сих пор. Но в храме снова проводятся богослужения. Колоннада Исаакиевского собора является одним из самых привлекательных мест для туристов. Здесь с высоты 43 метров можно увидеть панораму Санкт-Петербурга. На эту смотровую площадку ведут 562 ступени винтовой лестницы.
В середине 19-го века француз по имени Леон Фуко стал известным за раскачивание маятников, утверждая, что их последовательные движения служат доказательством суточного вращения Земли. С тех пор "Маятник Фуко" регулярно качался в музеях и экспозиционных залах по всему миру, чтобы обеспечить так называемое вечное доказательство гелиоцентрической теории вращающегося земного шара. Однако от обманутой общественности была скрыта та правда, что маятник Фуко является неудачным экспериментом, который не доказывает ничего, кроме того, как легко удаётся лженауке обманывать подвергающиеся манипуляциям массы.
"Этот маятник, как говорят нам современные ученые, служит видимым доказательством того, что мы живём на крутящемся земном шаре, который, согласно "научной" работе, лежащей передо мной, крутится на своей так называемой оси со скоростью свыше 1000 миль(1609 км) в час на экваторе; и в дополнение к другим движениям мчится по вечному пути вокруг Солнца (диаметр которого, как говорят, 813 000 миль (1 308 393 км), а вес в 354 936 раз больше, чем Земли, от которой оно, как говорят, находится на расстоянии около 93 000 000 миль (150 млн км) со скоростью более чем 1000 миль в минуту (1609 км/мин). Теперь, чтобы доказать, что Земля действительно совершает эти движения, на выставке подвешен маятник; шоумен задает движение и объявляет бесцельно глазеющему миру легкомысленных мужчин и женщин: "Вот доказательство того, что мы живем на вращающемся земном шаре, который несётся вдаль сквозь пространство!" - Лэди Блаунт, "Романс о науке".
"Астрономы проводили эксперименты с маятниками, которые были подвешены внутри высотных зданий, и радовались возможности доказать вращение Земли на собственной "оси" благодаря тому, что маятник менял направления, совершаемые над подготовленным под ним столом, утверждая, что стол движется по кругу под маятником, а не маятник движется и раскачивается в разных направлениях над столом! Но, так как было установлено, что маятник также часто вращался в неправильном по теории "вращения" направлении, как и в правильном, ликование сменилось на огорчение, а у нас есть доказательство провала астрономов в усилиях обосновать свою теорию", - Уилиам Карпентер, "100 Доказательств, что Земля не является шаром".
Начнем с того, что маятники Фуко не раскачиваются равномерно в одном направлении. Иногда они вращаются по часовой, а иногда против часовой стрелки, иногда они не вращаются, а иногда они вращаются слишком сильно. Ученые, которые повторяли вариации эксперимента, доказывали снова и снова, что "трудно избежать некоторого незначительного бокового смещения маятника при запуске". Поведение маятника на самом деле зависит от: 1) начального усилия, запускающего его движение, 2) используемого крепления «шар-раструб», которое значительно облегчает именно круговое движение, а не любое другое. Предполагаемое вращение Земли на это совершенно не влияет и не имеет отношения к колебанию маятника. Если бы предполагаемое постоянное вращение Земли как-то оказывало влияние на маятники, то не должно возникать никакой необходимости вручную приводить маятники в движение! Если суточное вращение Земли вызывает 360-градусное равномерное суточное вращение маятников, то в любом месте на Земле невозможно существование стационарного маятника!
"Во-первых, когда маятник, построенный соответственно проекту М. Фуко, приведён в движение, плоскость его колебаний часто меняется, хотя не всегда. Качания, когда они происходят, не являются равномерными, то есть не всегда то же самое происходит в том же месте, также не всегда одинаковы темп или скорость, или направление движения. Поэтому это не может быть принято в качестве доказательства, так как переменчивое явление не может быть использовано за или против любого из предположений. Поэтому оно не является доказательством и ничего не доказывает! Во-вторых, если плоскость колебаний изменяется, то где связь между этими изменениями и предполагаемым движением Земли? Какой ход рассуждений привёл экспериментатора к выводу, что Земля движется под маятником, а не маятник над Землей? Какое логическое правило или необходимость вынуждает отдать предпочтение первому выводу, а не второму? В-третьих, почему не было принято к рассмотрению особенность монтажа крепления маятника относительно его возможного влияния на плоскость качания? Разве это было неизвестно или упущено из виду, или в кульминации теоретического произвола было проигнорировано, что крепление в виде «шара и раструба» способствует круговому движению с большей лёгкостью, чем любому другому?" - Д-р Самуэль Роуботам, "Ищущая Астрономия, Земля не является шаром!" 2-е издание.
"При всем уважении к маятнику и его владельцу мы считаем, что он не доказывает ничего кроме лукавства изобретателя; мы можем только описать шоу и шоумена как обманщика. Такое детское доказательство, как этот "маятник", может быть приведено только как одна из самых простых и нелепых попыток одурачить общественность, которая когда-либо была предпринята. Было сказано, что эксперимент с маятником доказывает вращение Земли, но это совершенно невозможно, так как один маятник поворачивается в одну сторону, а другой маятник иногда поворачивается в противоположном направлении. Теперь зададим вопрос: неужели Земля вращается в противоположных направлениях в разных местах в одно и то же время? Нам хотелось бы знать. Возможно, экспериментаторы любезно просветят нас в этом вопросе... Если бы Земля совершала приписываемые ей громадные движения, были бы некоторые ощутимые эффекты таких движений. Но мы не чувствуем этих движений, не видим их и не слышим. И совсем невозможно понять, как люди могут стоять, наблюдая за движениями маятника, и думать, что они видят доказательство движения Земли. Однако их научили в это верить, и считается "научным" верить в то, чему учат астрономы", - Леди Блаунт, "Романс о науке".
Кроме того, в середине 19-го века, ещё один француз по имени Гаспар - Гюстав Кориолис выполнил несколько экспериментов, показывающих влияние кинетической энергии на вращающиеся системы, которые с тех пор стали мифологическими доказательствами гелиоцентрической теории. "Эффект Кориолиса", как часто утверждают, заставляет воду в раковинах и унитазах в северном полушарии вращаться в одном направлении, в то время как в южном полушарии в обратном, обеспечивая тем самым доказательство вращения земного шара. Однако так же, как маятники Фуко вращаются в любом направлении, вода в раковинах и туалетах в северном и южном полушариях не всегда вращается в одном направлении! Очень часто происходит так, что вода в раковинах и туалетах одного дома вращается в противоположных направлениях в зависимости исключительно от формы резервуара и угла выхода воды, а не благодаря предполагаемому вращению Земли.
"Хотя предпосылка, что вращение Земли в восточном направлении заставляет воду также вращаться и в унитазе, имеет смысл, но в реальности сила и скорость, с которой вода входит и выходит из резервуара, слишком велика, чтобы подвергаться влиянию чего-либо столь мизерного, как единичный 360-градусный поворот за день.
Когда всё сказано и сделано, эффект Кориолиса играет не большую роль в смыве туалета, чем он влияет на оборот компакт-диска в стерео системе. То, что действительно определяет направление, в котором вода сливается из вашего унитаза или раковины, это форма чаши и угол, под которым жидкость выливается из этой чаши", - Дженнифер Хортон, "Влияет ли вращение Земли на туалеты и бейсбольные игры?"
Также утверждается, что эффект Кориолиса влияет на траектории пуль и погодные условия, а также предположительно благодаря ему большинство штормов в северном полушарии вращаются против часовой стрелки, а большинство штормов в южном полушарии вращаются по часовой стрелке, а пули из дальнобойных орудий имеют тенденцию отклоняться вправо от мишени в северном полушарии и влево - в южном полушарии. Однако проблемы остаются прежними. Не каждая пуля и не каждый шторм имеют одинаковый характер, и, следовательно, неразумно использовать их в качестве доказательства чего-либо. Что можно сказать о точности оптического прицела, о человеческой ошибке и ветре? Как насчёт эффекта потенциального движения эфира, доказанного Майкельсоном-Морли-Гейлом? Почему эффект Кориолиса влияет на большинство штормов, но не на все? Если некоторые шторма вращаются по часовой стрелке в северном и против часовой стрелки в южном полушарии, как этим штормам удаётся избежать силы Кориолиса? И если вращение всей Земли равномерное, то почему оба полушария подвержены разному влиянию? Эффект Кориолиса и Маятник Фуко оба должны были доказать, что Земля движется под нашими ногами, но на самом деле доказывают только то, насколько легко могут волки в овечьей шкуре надвинуть шерсть на наши глаза.
Адам Малуф из Принстона и Гален Халверсон из университета Поля Сабатье утверждают, что нашли свидетельство перебалансировки нашей планеты 800 миллионов лет назад. В это время изменили своё положение географические полюса.
За час наблюдений плоскость качаний маятника повернулась на угол в 11° по часовой стрелке. Полный же оборот плоскость маятника совершила за 32 часа.
В середине 20 века аналогичный маятник Фуко длиной 98 м был установлен в России в Исакиевском соборе Ленинграда. Публику несказанно удивлял эксперимент со спичечным коробком, который устанавливали чуть поодаль от плоскости вращения маятника. Через какое-то время укрепленный на шаре стержень приближался к коробку и сбивал его.
Плоскость качания маятника на нити сохраняется независимо от вращения основания, к которому подвешен маятник. Если поместить маятник Фуко на полюсе, то период вращения маятника там будет равен периоду обращения Земли вокруг своей оси – 24 часам. Период поворота оси маятника зависит от широты местности. На экваторе плоскость маятника вращаться не будет – период равен бесконечности.
© Ерашов В.М.
По имеющейся теории считается, что маятник Фуко совершает суточное вращение плоскости колебаний благодаря силе Кориолиса. А так ли это?
Есть фундаментальная теорема, работа сил в потенциальном поле по замкнутому контуру равна нулю. От сюда вытекает, что и изменения скорости системы равны нулю и путь пройденный системой равен нулю. Гравитационное поле – самое что ни есть потенциальное поле, а маятник Фуко, колеблясь, движется по замкнутому контуру. Следовательно, и действие силы Кориолиса на него равно нулю. Таким образом, существующая теория в корне противоречит фундаментальным принципам современной науки.
Еще один момент, который мы должны отметить, если установить маятник Фуко на Северном полюсе и взвести маятник. Шар маятника на величину амплитуды колебаний отклонится от оси вращения Земли и приобретет кинетическую энергию ее вращения. Далее отпустим шар в свободные колебания, он должен колебаться в плоскости минимальной энергии, то есть в плоскости жестко связанной с вращающейся Землей и плоскость его колебаний не будет поворачиваться относительно Земли, вернее она будет поворачиваться вместе с Землей. А чтобы маятник совершал видимое вращение (находящемуся на Земле человеку) на маятник Фуко должна действовать какая-то дополнительная сила, но не центробежная сила вращения Земли, которая, как мы определили, источником вращения плоскости маятника служить не может. Центробежная сила только способна сдвинуть точку равновесия маятника в сторону от отвеса, направленного на центр тяжести Земли, но вращательного движения маятнику она не создает.
Далее рассмотрим еще один момент, если на том же Северном полюсе выкопать мысленный глубокий колодец и опустить в него длинный отвес. Если бы Земля в Космосе находилась одна, то не смотря на вращение Земли, отвес всегда был бы направлен строго к центру масс и ни каких колебаний не совершал. Это еще раз доказывает, что центробежная сила маятник Фуко не раскачивает и не вращает его плоскость колебаний. Но в Космосе помимо Земли есть еще и другие тела, например Луна. Давайте посмотрим, как будет действовать Луна на длинный гипотетический отвес, который мы разместили на полюсе. Теперь отвес будет направлен не строго к центру масс Земли, а в точку притяжения системы Земля-Луна, которая всегда должна находиться на прямой, соединяющей центры масс Земли и Луны, но отстоять от того же центра масс Земли на расстояние пропорциональное силе притяжения Луны. Реально такая точка будет отстоять от центра масс Земли всего на несколько десятков метров. И это точка будет совершать суточное вращательное движение относительно центра Земли. Правда, длину суток в этом случае нужно брать не солнечную, а лунную, которая равна 24 часа 50 минут. Таким образом мы установили, что присутствие Луны заставляет конец отвеса на полюсе Земли совершать вращательное движение против часовой стрелки с периодом в лунные сутки. А так как отвес – это тот же маятник Фуко, только не взведенный, мы установили, что конец любого подвесного маятника на полюсе совершает вращательное движение с периодом в лунные сутки. Обратите внимание, маятник Фуко по принятой теории на полюсе совершает вращательное движение с периодом в солнечные сутки, а по нашей в лунные сутки. Еще отметим, какой бы теорией мы не придерживались, влияние Луны на поворот плоскости качания маятника Фуко однозначно существует, так как сила притяжения Луны – это вещь реальная. Другое дело, на сколько эта сила чувствительна для маятника Фуко, может оказаться, что на практике она мизерна, расчеты мы не проводили, и не может быть реальным источником вращения плоскости маятника Фуко (искусственного). Почему мы ввели слово искусственный? Дело в том, что сама Земля является естественным маятником, ось вращения совершает колебательные движения относительно центра тяжести, как метроном, в том числе и с периодом в лунные сутки. Вот Земля то точно лунное притяжение чувствует и главный ее маятник колеблется в такт движению Луны, совершая тем самым вынужденные колебания. Напомним, кроме вынужденных колебаний есть еще и собственные колебания полюсов Земли с частотой Чандлера (428-430 сут.), но собственные колебания обладают очень большой частотой, чтобы влиять на скорость вращения плоскости колебаний искуственных маятников Фуко. Нас пока будут интересовать только вынужденные колебания с частотой близкой к суточной. Мы установили, что Земля совершает вынужденные колебания (вращательные) полюсов под действием притяжения Луны с периодом в лунные сутки. Если на Земле установить искусственный маятник Фуко, то на его колебаниях должны сказываться суточные колебания полюсов Земли, вот они и могут заставить вращаться плоскость колебаний маятника Фуко. Причем, зависимость скорости вращения маятника Фуко как в существующей теории, так и в предлагаемой зависит от синуса угла между осью вращения Земли и местом расположения маятника. То есть и по нашей теории на экваторе маятник Фуко вращаться не будет, но по нашей теории он получит вынужденную раскачку в плоскости экватора, то есть такой маятник способен раскачаться без сообщения энергии человеком, энергией маятник снабдит Луна.
Мы учли только влияние притяжения Луны, нужно учитывать еще и притяжение Солнца, хотя на земные процессы оно влияет в 2,3 раза слабее лунного, но оно существенно. Притяжение Солнца вращает плоскость колебаний маятника Фуко с периодом в солнечные сутки. Когда Земля, Луна и Солнце выстраиваются на одной лини, период солнечных колебаний совпадает с периодом лунных колебаний, в такие моменты маятник Фуко может ускорять скорость вращения плоскости колебаний. Не это ли явление обнаружил Морис Аллэ в 1954 году? Хотя мы не исключаем, что эффект Мориса Эллэ может заключать в себе и другие, пока не известные науке явления. Например, мы в будущем планируем рассмотреть влияние магнитного поля на скорость вращения плоскости колебаний маятника Фуко, но это будет уже в других статьях. Пока ограничимся изложенным материалом.
В этой работе мы изложили альтернативную теорию вращения плоскости колебаний маятника Фуко. Выделим отдельно, мы не отрицаем наличие ускорения Кориолиса и влияние его на отдельные стадии раскачивания маятника, но утверждаем, что в целом за цикл (это утверждает теорема о работе в потенциальном поле по замкнутому контуру) работа силы Кориолиса равна нулю. Еще выделим, по существующей теории скорость вращения маятника на полюсе равна один оборот за солнечные сутки, то есть за 24 часа, а по нашей теории равна лунным суткам 24 часа 50 минут. Отметим и один очень любопытный момент, если придерживаться традиционной теории, то на Земле должна быть широта, где скорость вращения маятника силой Кориолиса совпадает с частотой вынужденных колебаний, то есть с лунными сутками, назовем эту зону зоной резонанса. Расчеты показывают, что такая зона размещается не очень далеко от полюса и на повседневной жизни мало сказывается, так как она находится в мало обитаемой зоне, причем под вечным льдом, что мешает разгуляться океаническим волнам, если только внутренним, что может представлять опасность для подводных лодок. Но по логике вещей должна быть и следующая резонансная зона, где скорость вращения маятника равна удвоенным лунным суткам, собственные колебания совпадают с вынужденными через раз. В такой зоне колебания океана (они тоже в какой-то степени маятник Фуко) могут входить в резонанс с циркуляцией точки лунного притяжения. В этой зоне и сейсмическая активность должна быть повышенной. Таким образом данная работа предоставляет ученым право выбора, либо принять альтернативную теорию, либо придерживаться старой, но тогда искать на Земле зоны резонанса.
Первоисточники
1. А.Н. Матвеев «Механика и теория относительности» , М, 1976.
2. «Проблемы с маятником Фуко» http://qaxa.ru/zemla-luna/420-2010-02-03-16-41-48.html
11.06.2015г.
Вчера, размещая работу, меня раздирали сомнения, исходя из ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ теоремы работы сил в потенциальном поле по замкнутому контуру вращения плоскости колебаний маятника Фуко силой Кориолиса не должно быть, а они как бы есть, причем для Северного полушария это вращение антициклоническое. Напомним в антициклоне воздушные массы опускаются и их Кориолисово ускарение закрусивает по часовой стрелке, тогда как в циклоне воздушные массы поднимаются и их Кориолисово ускорение закручивает против часовой стрелки (разговор ведем про Северное полушарие). Когда воздушные массы не поднимаются и не опускаются, а просто движутся в каком-то направлении, неважно в каком, Коориолисово ускорение себя не проявляет, и по теории его не должно быть. Маятник Фуко то поднимается, то опускается, значит его Кориолисово ускорение закручивает то в одну сторону, то в другую. В результате, если изменения высоты не происходит, то общий эффект должен быть нулевым, то есть маятник не должен вращаться за счет Кориолисова ускорения(как мы выяснили выше, его могут вращать другие силы, правда период тогда будет прапорционален лунным суткам, а не солнечным). Но если вопреки всему Кориолисово ускорение вращает маятник с антициклонической закруткой (маятник опускается), тогда вывод следующий - Земля на данном историческом этапе СЖИМАЕТСЯ (!).
12.06.2015Г.
Рецензии
"Когда воздушные массы не поднимаются и не опускаются, а просто движутся в каком-то направлении, неважно в каком, Кориолисово ускорение себя не проявляет, и по теории его не должно быть" - это не верно.
Если есть ненулевая скорость движения, действует и сила Кориолиса.
Кориолисово ускорение действует тогда, когда движущееся тело движется по переменному радиусу вращения Земли, нет изменения радиуса вращения, нет и Кориолисова ускорения.
Совершенно не верно. Допустим, река течёт вдоль параллели - радиус вращения Земли постоянный, а сила Кориолиса подмывает правый берег.
Я проверил по учебнику для университетов "Механика и теория относительности" А.Н. Матвеева. Ответ не в Вашу пользу, и давайте на этом демогогию прекратим.
А зачем же вы стали ругаться "демагогией"? Это просто научный вопрос, можно и без ругани прояснить.
Вы разве не слышали, что ВСЕ реки в северном полушарии, куда бы ни текли, подмывают правый берег из-за силы Кориолиса?
Утомили своими обильными знаниями, потому что толкем воду в ступе. На счет рек - это прописная истина, но ее не следует понимать, что правый берег сплошь и рядом подмыт. Вы сами-то по рекам ходили? Берега подмыты в основном на поворотах, а это уже в первую очередь центробежное течение. Действие Кориолисова ускорения выявляется только при тщательном обследовании, при наборе массы данных. Точка, дискуссию прекращаем, я Вам в педагоги не нанимался. Все последующие ваши опусы сотру.
Стирать, Владимир, вы можете, только это глупо. Речь ведь у нас не о самих реках, а о наличии или отсутствии силы Кориолиса. И вы в вышеназванном случае ошибаетесь.
Второй пример приведу: правый рельс по ходу движения поездов (движение в одну сторону) в любом случае изнашивается сильнее. И тоже из-за силы Кориолиса.
Если вы с этой силой не разберётесь, то как можно обсуждать маятник Фуко?
Кто из нас ошибается?
Ваши аргументы используются не корректно. Наличие сил Кориолиса в Природе я не отрицаю. Да, и берег подмывают и рельсы изнашивают, но это не мешает силам Кориолиса при движении тела по мередиану действовать, а при движении по параллели -нет.
Не верите мне, тогда спорьте с учеными, которые учебники пишут. Вот цитата из учебника для университетов А.Н.Матвеев "Механика и теория относительности",М,1976.(стр.405):
Если скорость направлена параллельно оси вращения, то никакого кориолисова ускорения не возникает, поскольку при этом соседние точки траектории имеют одинаковую переносную скорость".
Конец цитаты.
До свидания!
Матвеев абсолютно прав! как и любой учебник механики. Только параллели не параллельны оси вращения Земли, а перпендикулярны. Нарисуйте, в конце концов, объёмную схему земного шара, и сами увидите!
Коль Вы такой дотошный и не хотите движение по постоянному радиусу признавать за параллельное оси вращения, то посмотрите вывод формулы для Кориолисова ускорения в том же учебнике. К стати, там случай движения тела с постоянным радиусом вращения рассмотрен отдельно. Здесь не пишутся формулы, а то я бы этот вывод привел, он достаточно простой. Там записывается центробежное ускорение как квадрат суммы относительной и переносной угловых скоростей на радиус вращения. При раскрытии квадрата суммы образуются три члена (школьный курс) квадрат первого члена плюс удвоенное произведение первого члена на второй плюс квадрат второго члена. Так вот удвоенное произведение переносной угловой скорости скорости на относительную и на радиус вращения и у Матвеева названо кориолисовым ускорением. Оно как бы формально есть и при движении тела по параллели, но у того же Матвеева сказано, что все три ускорения (относительное, переносное и кориолисово) при движении тела по окружности постоянного радиуса направлены к центру вращения. Если это же вырожение записать через обсолютное ускорение, то оно сведется только к центобежному ускорению, без всякого кориолисова. Физическая суть всего этого сыр бора в том, что при движении тела по параллели никаких ускорений подмывающих правый берег или рельс не возникает, даже если один из членов разложения формально назван кориолисовым ускорением (истинное кориолисово ускорение всегда направлено перпендикулярно относительной скорости, оно то и подмывает берег и рельс. Но это только в случае движения тела по мередиану. В произвольном случае движение нужно разлогать на составляющие. Ферштеин?
Вы запутали себя сложными случаями, наличием относительного и переносного ускорений. К чему это? Рассмотрите простейшее движение с постоянной скоростью. Вот сила Кориолиса:
Где v - скорость относительного движения; ω - вектор угловой скорости Земли.
Обратите внимание, что сила максимальна, когда вектора v и ω перпендикулярны. Это как раз соответствует случаю движения по параллели.
По величине кориолисова (в широком понимании) у нас нет расхождений. Расхождения только в том, что в случае движения тела по параллели у меня и у Матвеева, подчеркиваю у Матвеева это специально оговарено, все ускорения направлены к центру вращения, а у Вас откуда-то берется перпендикулярная состовляющая. Перпендикулярная составляющая присутствует только при движении по мередиану(в общем случае проекция на мередиан)и только в этом случае.
Сила Кориолиса направлена к оси вращения при движении тела с востока на запад. Если движение направлено с запада на восток - сила действует от центра (совпадает по направлению с центробежной).
Цитата:
Никакой "перпендикулярной составляющей" у меня нет.
Конец цитаты.
Вот и разобрались. То что "к центру" или "от центра" это дело десятое. Красная нить нашего спора, существует ли состовляющая кориолисова ускорения при движении по параллели, направленная перпендикулярно переносной скорости, ибо она и именно она подмывает берега, снашивает рельсы и вращает плоскость качания маятника.
Оказывается зря спорили, такой составляющей нет.
Спасибо за тренировку.
Во-первых, не переносной скорости, а относительной скорости. Сила Кориолиса ВСЕГДА перпендикулярна скорости движения. И такая сила при движении по параллели - есть.
Спорили не зря, и вы, кажется, всё ещё продолжаете сопротивляться:-) Вот это зря!
Во-первых, о терминалогии. При движении вдоль параллели переносная и относительная скорости совпадают по направлению, Ваша поправка в данном случае не имеет смысла. А если уж говорить о смысле, то разговор идет именно о переносной скорости, то есть о скорости от вращения Земли (переносная), а не о скорости тела относительно Земли (относительная).
Во-вторых,на счет, кориолисово ускорение ВСЕГДА направлено перпендикулярно относительной скорости. Да, с этим трудно спорить, так то оно так, но в данном случае кориолисово ускорение направлено к центру вращения (а не куда-то вбок), об этом говорит и Матвеев), то есть направление кориолисова ускорения и центробежного либо совпадают, либо противоположны, смотря как движится тело (по ходу вращения Земли, или против). Вы правы только в одном, центр вращения (для произвольной широты) не совпадает с центром притяжения Земли, поэтому всегда есть и какая-то горизонтальная проекция как для центробежного ускорения так и кориолисова. Но это очень слабое утешение для Вас, потому как в разбираемом примере центробежное ускорение более чем в 200 раз превосходит кориолисово. Получается, что для практического расчета при движении по параллеликориолисовым ускорением можно безболезненно принебречь.
Итого:
Я прав на 99,5%, а Вы на 0,5%.
Ежедневная аудитория портала Проза.ру - порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.
