傅科摆原理是什么,傅科摆原理图解

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尽管我们都知道地球在动,但这项事实的证据不管多么确凿,却全都是由天文观测结果推断而得,没有望远镜,不知道该怎么样用望远镜的人,完全没办法亲眼看到那种运动。

尽管我们都知道地球在动,但这项事实的证据不管多么确凿,却全都是由天文观测结果推断而得,没有望远镜,不知道该怎么样用望远镜的人,完全没办法亲眼看到那种运动。近日,有网友对傅科摆和地球自转的关系比较好奇,向小编发出了疑问。今天,我们就一起来看看傅科摆是如何证明地球自转的。

要了解傅科摆的工作原理,我们要先了解一下单摆。

单摆是最简单的摆。理想情况下的单摆摆线要求是没有质量,也不会像弹簧或者皮筋一样会被拉长;而摆球,要求是只具有质量,体积可以忽略不计——如果相对摆线长度,摆球直径相当小,那么就可以忽略掉摆球的体积。这样的情况下,单摆周期仅仅和摆线的长度以及重力加速度有关。

在地球表面,我们一般是无法改变重力加速度的。所以可以说,地面的单摆,摆线越长,摆动的周期也就越长。而且单摆还有一个特性,就是只要我们给它一个恰当的初始作用,单摆将仅仅在一个固定的平面摆动。

所谓固定的平面,必然是有参照物的。在大多数时候,固定平面是指相对于大地固定。其原因是地球自转会带动摆线和摆球,从而一起转动。

傅科摆的一个巧妙之处就是,通过摆线的非常小摩擦力的上端设计,使得地球自转几乎不会对单摆产生影响。

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于是摆球的摆动超然于地球自转,也就确定了一个相对于恒星固定的摆动面。而以遥远的恒星为参照物,我们是可以观测到地球的自转的。就这样,摆球摆动的平面和地球自转就有了一个相对运动。

下面我们把傅科摆放在北极点,相对于恒星,我们就会看到,摆动平面不动,但是一个摆动周期之后,地球因为自转,摆球已经离开了原来的位置。

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傅科在摆球下端加装了一个针状物,使得摆球摆动时可以在地面的沙子上画下自己的痕迹。而沙子,无疑是跟随随着地球自转同步运动的。这样我们就可以观察到摆的摆动方向为由东向西的、缓慢而持续的旋转,从而印证了地球的自转。

事实上,在北半球,傅科摆都是以此方向转动的,而南边球则相反。其演示效果也是随着纬度提升而提升。在赤道,我们将观测不到摆的转动,因为在赤道上,地面和摆动平面是相对静止的。

我们知道,地球的自转周期约为24小时。我们要观察到明显的方向转动,摆的周期和振幅就都不能太小,所以傅科摆要求摆线尽量长。当年傅科做实验时候,摆线长达67米,摆球重达28公斤!

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