Маятник фуко

Реферат

На тему: Маятник Фуко

 

 

 

Виконала:  учениця 8-б класу  Кухельна Тетяна Олександріва

  

 

Спостерігати за гойданнями світильників у соборі, виявляється, любив не тільки Галілей. Цю пристрасть він передав і своєму учневі Вінченцо Вівіані. У 1660 р. на відміну від Галілея він звернув увагу на іншу особливість коливань маятника на довгій нитки.

Виявляється, площину їх хитань постійно відхиляється, причому завжди в одну і ту ж сторону - за годинниковою стрілкою, якщо дивитися на маятник зверху вниз. А в 1664 р. вчений з міста Падуї Джованні Полени пов'язав це відхилення з обертанням Землі - мовляв, Земля обертається, а площину коливань маятника як була, так і залишається. Ось і спостерігається це вартими на Землі людьми як відхилення площині хитань маятника.

Рис. 94. Компас Плиния Старшего на корабле

Але виявляється, це властивість маятника було відомо і всюдисущим древнім. Дійсно, нове - це добре забуте старе. Ось що писав з цього приводу у своїй «Природній історії» римський вчений Пліній Старший, який жив в I ст. н. е..: «Є можливість влаштувати компас без магніту. Для цього потрібно взяти маятник і змусити його гойдатися за певним напрямом. При поворотах корабля маятник буде зберігати у своїх коливаннях задане йому напрямок »(рис. 94).

Треба сказати, дещо в раді Плінія викликає сумнів. Перше - не міг Пліній знати про компас, в Європі про нього дізналися набагато пізніше, принаймні дали цю назву. Так що багато чого, приписуване Плинию, цілком міг внести від себе перекладач його праць з латині у XVIII ст. Друге - неможливо, щоб так довго маятник не змінював площині своїх коливань, його підвіс зробити ідеальним не можна, та й повітря навколо даватиме перешкоди. І третє - обертання Землі буде само «відхиляти» площину коливань маятника, так що корабель «заходить» по колу. Але так чи інакше, Плінієм було відмічено, що маятник зберігає площину своїх хитань. І це властивість блискуче застосував французький учений Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868), створивши свої знамениті маятники. З дитинства Фуко вчитися не любив, знання давалися йому важко. Але руки в нього були золоті - він майстрував іграшки, прилади, сам побудував парову машину, чудово працював на токарному верстаті.

Жан Бернар Леон Фуко

Одного разу Фуко зауважив, що якщо затиснути в патроні верстата довгий пружний сталевий прут і змусити його коливатися (мал. 95), то площина коливань не зміниться навіть при швидкому обертанні патрона. Зацікавившись цим явищем, Фуко став спостерігати спочатку за поведінкою того ж прутка в обертовому патроні, а потім для зручності вирішив замінити його маятником.

 
Перші досліди з маятником Фуко провів у погребі свого будинку в Парижі. До вершини склепіння льоху він прикріпив двометрову дріт із загартованої сталі і підвісив на ній п'ятикілограмовий латунний куля. Відвівши куля в бік, зафіксувавши його за допомогою нитки біля однієї зі стін, Фуко перепалив нитка, надавши маятнику можливість вільно гойдатися. І вже через півгодини він став свідком обертання Землі. Це сталося 8 січня 1851

Рис. 95. Пруток, зажатый во вращающемся  патроне, не меняет плоскость колебаний

А через кілька днів Фуко повторив свій досвід в Паризькій обсерваторії на прохання її директора, знаменитого французького вченого Араго. Цього разу довжина дроту становила вже 11 м. І відхилення площині хитання маятника було ще помітнішою.

Рис. 96. Маятник Фуко в парижском  Пантеоне

Рис. 97. Грандиозный маятник Фуко, демонстрировавшийся в прошлом  веке в Исаакиевском соборе

 
Про досвід Фуко заговорили всюди. Усім хотілося своїми очима побачити обертання Землі. Справа дійшла до того, що президент Франції принц Луї-Наполеон вирішив поставити цей досвід у воістину гігантських масштабах, щоб демонструвати його публічно. Фуко було надано будівлю паризького Пантеону з висотою куполу 83 м.Вже в квітні того ж 1851 досвід Фуко був відкритий для огляду в Пантеоні (рис. 96). Довжина підвісу маятника - сталевого дроту діаметром 1,4 мм - була 65 м, маса маятника - 28 кг. Металевий куля здійснював одне повне коливання за 16 секунд, проходячи 14 м шляху, і відхилявся при цьому на 2,5 мм від первинного положення. Особливий електромагніт підтримував сталість коливань.

Рис. 98. Маятник Фуко на скамье Жуковского

Подивитися на маятник Фуко приходили цілі натовпи парижан. Демонстрації досвіду Фуко стали влаштовувати в самих різних країнах. Повідомлення про це приходили з Ліверпуля і Оксфорда, Брістоля і Дубліна, Женеви і Ренна. Навіть у Ріо-де-Жанейро і в Коломбо на Цейлоні цьому чудовому досвіду аплодували тисячі захоплених глядачів. З'явилися і кімнатні моделі маятників Фуко.

 
Але самим грандіозним у свій час був досвід з маятником Фуко в будівлі Ісаакіївського собору в Ленінграді (нинішньому Санкт-Петербурзі) (рис. 97). Перша демонстрація його відбулася 6 березня 1931 На сталевому дроті діаметром 1 мм і довжиною 98 м був підвішений бронзова куля масою 60 кг. Досить північне положення міста забезпечувало значне відхилення маятника - за годину приблизно 13 °. Це в два з гаком рази більше, ніж у самого Фуко в Пантеоні. За одне коливання площину хитань зміщувалася на 6 мм, що було добре видно.

Влаштувати невеликий маятник Фуко можна і самому. Потрібно приготувати маятник, наприклад, прив'язавши до нитці важку гайку, взяти в руку вільний кінець нитки і ... Ні, вам не доведеться стояти годинами, чекаючи, поки Земля повернеться. Краще станьте на відому лаву Жуковського або навіть на покупну «Грація» і, витягнувши руку з хитним маятником, спробуйте завращает себе. Маятник у вашій руці буде зберігати спочатку заданий напрямок коливань, наприклад від дверей до шафи (мал. 98).

 
І ще про Фуко, вірніше, про приклад його життя. Він погано вчився в школі (увага, ледарі!), Що не тягнувся до знань. До того ж у нього було дуже слабке здоров'я. Але захопившись цікавою справою, він став знаменитим на весь світ ученим, його ім'я увійшло в усі енциклопедії. І не тільки через його маятника. Фуко виміряв швидкість світла як у повітрі, так і у воді, відкрив свої вихрові «струми Фуко» і зробив багато інших відкриттів у фізиці. 

 

1. Лойцянський Л.Г., Лур'є А.І. Курс теоретичної механіки. Ч. 2.

М.: Гостехиздат, 1955. 598 с.

2. Кільчевський Н.А., Путята Т.В., Савін Г.М. Теоретична меха-

ника: підручник; під. ред. Г.Н. Савіна. Київ: Гостехиздат УРСР, 1963. 610 с.