Сообщение на тему маятник фуко

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования и науки республики Бурятия

Заиграевское районное управление образования

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Талецкая средняя общеобразовательная школа

Модель маятника Фуко

Выполнил: ученик 10 класса Гармаев Цыден

Руководитель: учитель физики Машеева Сэсэгма Бато-Очировна

1.3. Принцип работы маятника…………………….………………………. 5

2.1. Практическая часть. Изготовление моделей………………….………. 6

Конструирование моделей маятников и экспериментальное доказательство вращения Земли вокруг своей оси с помощью маятника Фуко.

Провести серию опытов по конструированию маятников и объяснить действия этих маятников.

Доказать справедливость утверждения о вращении Земли вокруг своей оси.

Изучить учебную литературу

Изучить методику проведения экспериментов.

Провести эксперименты и сделать выводы.

Основные методы работы – поисковый, метод обобщенного анализа (сравнение имеющихся знаний с полученными данными), лабораторно – практический метод.

1.1. История маятника

Маятник Фуко – маятник, используемый для демонстраций, подтверждающих факт суточного вращения Земли.

Впервые самый знаменитый опыт был проведен в 1851 году французским физиком Жаном Фуко в здании Парижского Пантеона. К центру громадного купола, была прикреплена стальная проволока длиной 67 м. К этой проволоке был подвешен массивный металлический шар. По разным источникам, масса шара составляла от 25 до 28 кг. 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. Маятник совершал колебания над круглым постаментом диаметром 6 м, по краю которого был насыпан валик из песка. При каждом качании маятника острый стержень, укрепленный на шаре снизу, оставлял на валике отметку, сметая с ограждения песок. По прошествии каждого периода новая отметка, производимая острием стержня на песке, оказывалась примерно в 3 мм от предыдущей. За первый час наблюдений плоскость качаний маятника повернулась на угол около 11° по часовой стрелке. Полный же оборот плоскость маятника совершила примерно за 32 часа. Опыт Фуко производил огромное впечатление на наблюдавших его людей, которые будто бы непосредственно ощущали движение земного шара. Среди зрителей, наблюдавших опыт, был и Л. Бонапарт, через год, провозглашенный императором Франции Наполеоном III. За проведение опыта с маятником Фуко был удостоен Ордена Почетного легиона – высшей награды Франции. [11]

Чем длиннее подвес, тем лучше проходил опыт. Поэтому обычно такой маятник устанавливают в высоких соборах. Если маятник вывести из положения равновесия, то он обязательно будет колебаться в некоторой плоскости, проходящей через начальную точку, в которую был отведен груз, и положение равновесия.

Если бы Земля не вращалась, то по отношению к ней плоскость колебаний маятника сохранялась бы постоянной. На самом деле опыт показывает, что плоскость, в которой колеблется маятник, медленно поворачивается относительно Земли на некоторый угол. Этот поворот объясняется тем, что Земля совершает вращение вокруг своей оси. В опыте Фуко в течение времени колебания маятника Земля поворачивается под ним. Наблюдатель, находясь на поверхности Земли, ее вращения не замечает, поэтому ему кажется, что поворачивается плоскость колебаний маятника.

1.2. Маятник Фуко сегодня

Сегодня такой эксперимент можно увидеть в Московском планетарии, где установлен самый большой маятник в России маятник Фуко.

Его нить, длиною 16 метров, крепится в вершине пирамиды, выходящей на открытую площадку Парка Неба, а 50-килограммовый шар маятника качается над шестиметровым лимбом-шкалой.

Маятник Фуко запускается каждый час и представляет собой зрелищное шоу.

Интересно, что, если Маятник Фуко установить на Северном или Южном полюсе, он будет делать оборот за 24 часа. Маятник Фуко, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться, плоскость колебаний маятника останется неподвижной.

1.3. Принцип работы маятника

Принцип работы маятника Фуко заключается в том, что он за каждое колебание отклоняется о заданной траектории благодаря вращению Земли вокруг своей оси, более всего этот эффект заметен на полюсах планеты и вообще не заметен на экваторе. Чем больше размер маятника, тем более заметен эффект отклонения. Если работающий маятник, а точнее каркас начинать поворачивать, то маятник сохраняет своё положение, также происходит с Землёй, она вращается под маятником и кажется, что маятник меняет направление своих колебаний, на самом же деле маятник просто сохраняет своё положение, а Земля вращается. Так как маятник не жёстко связан с его каркасом, поэтому каркас вращается вместе с землёй, а маятник сохраняет своё положение.

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.

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°51ў 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.

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.)

Жан Бернар Леон Фуко — французский физик, член Парижской Академии наук, родился в Париже 18 сентября 1819 года. Кроме маятника Фуко, учёный спроектировал гироскоп, разработал метод измерения скорости света в воздухе и воде, а также создал один способов серебрения зеркал.

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.

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.

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.

Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли. Изображенная на анимации траектория движения соответствует случаю, когда маятник приводится в движение коротким толчком из положения равновесия.

Ма́ятник Фуко́ — маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли.

Содержание

Эксперимент Фуко

Впервые публичная демонстрация была осуществлена французским физиком и астрономом Жаном Фуко в 1851 г. в Парижском Пантеоне: под куполом Пантеона он подвесил металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м, крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях, под точкой крепления было сделано круговое ограждение диаметром 6 метров, по краю ограждения была насыпана песчаная дорожка таким образом, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли [1] .

Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло ~3 мм, за час плоскость колебаний маятника повернулась более чем на 11° по часовой стрелке, то есть примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение.

Физика эксперимента

На Северном или Южном полюсе Земли (ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко совершает поворот на 360° за звёздные сутки (на 15° за звёздный час), на экваторе (ось вращения Земли перпендикулярна плоскости колебаний маятника) плоскость колебаний маятника Фуко неподвижна, в произвольной точке с географической широтой (угол между осью вращения Земли и плоскостью колебаний маятника ) скорость вращения плоскости колебаний идеального маятника Фуко (в градусах в звёздный час) относительно поверхности Земли составляет

$\!\Omega_P = 15 \sin \phi.$

Для неидеального маятника Фуко скорость вращения плоскости колебаний зависит и от длины подвеса:

$\!\Omega_P = 15 [1 - \frac<3></p> <p> (a/l)^2] \sin \phi,$

где — амплитуда колебаний груза маятника; — длина нити.

$T \approx 2\pi \sqrt<l \over g></p> <p>Поскольку период колебаний зависит от длины подвеса ($
), то увеличение длины нити увеличивает поворот совершаемый плоскостью вращения за один период, что и используют при демонстрации. Так, в Исаакиевском соборе в Ленинграде демонстрировался маятник Фуко на подвесе длиной 98 м.

Действующие маятники Фуко

Всего в мире имеется порядка 20 маятников Фуко. [источник?]

в России и СНГ

Список упорядочен по длине нити:

Интересные факты

Один из элементарных способов решения занимательной задачи П. Л. Капицы об облачности Венеры является измерение длины суток при помощи маятника Фуко [11] . Текст задачи:

В Исаакиевском соборе в Ленинграде маятник Фуко был запущен в ночь с 11 на 12 апреля 1931 года. Тогда это назвали триумфом науки над религией. Однако представители церкви отметили, что этот опыт никак не опровергает догмат существования Бога. Хранитель экспозиции Исаакиевского собора Сергей Окунев прокомментировал это так:

См. также

Ссылки

Примечания

Маятники
Планетология
Физический эксперимент
1851 год в науке

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Маятник Фуко" в других словарях:

МАЯТНИК ФУКО — МАЯТНИК ФУКО, тяжелый металлический шарообразный (или дискообразный) предмет, висящий на длинной тонкой проволоке, впервые был использован Жаном ФУКО, чтобы продемонстрировать вращение Земли. Так как Земля вращается вокруг своей оси, плоскость… … Научно-технический энциклопедический словарь

Маятник фуко — Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Содержание 1 Эксперимент Фуко … Википедия

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… … Энциклопедия Кольера

маятник Фуко — Fuko švytuoklė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Foucault pendulum vok. Foucaultsches Pendel, n rus. маятник Фуко, m pranc. pendule de Foucault, m … Fizikos terminų žodynas

Маятник Фуко (значения) — Маятник Фуко: Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Маятник Фуко второй роман Умберто Эко (1988) … Википедия

Маятник Фуко (роман) — О математическом маятнике см. Маятник Фуко. Маятник Фуко Il pendolo di Foucault … Википедия

МАЯТНИК — МАЯТНИК, любое тело, подвешенное в какой либо точке так, что оно колеблется, описывая дугу окружности. Простой, или математический, маятник состоит из тяжелого груза небольшого размера, подвешенного на нити или на легком негнущемся стержне.… … Научно-технический энциклопедический словарь

МАЯТНИК — МАЯТНИК, маятника, муж. 1. Качающееся тяжелое тело на стержне, прикрепленном верхним концом к неподвижной точке. Часы с маятником. Маятник Фуко. Физический маятник (материальный, вещественный, в отличие от математического; см. ниже; физ.). ||… … Толковый словарь Ушакова

ФУКО — (Foucault) Жан Бернар Леон (1819 68), французский врач и физик, изобретатель ГИРОСКОПА. С помощью маятника (МАЯТНИК ФУКО) доказал, что Земля вращается вокруг своей оси. Разработал метод измерения абсолютной скорости света и в 1850 г., измерив ее … Научно-технический энциклопедический словарь

Фуко маятник — Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Содержание 1 Эксперимент Фуко … Википедия

В число значимых изобретений 19-го века стоит включить маятник Фуко. Он позволяет наглядно доказать неоспоримый факт о том, что наша планета вращается.

Кто придумал маятник Фуко?

Маятник получил название в честь своего создателя Леона Фуко. Этот французский физик смог придумать такой прибор, который бы на практике доказывал вращение Земли. Изобретение Фуко сочетает в себе простоту и понятность даже для тех, кто плохо разбирается в астрономии и физике.

Принцип его работы показан в этом видео:

После демонстрации маятника на родине изобретателя, его подобия стали конструировать в других государствах. Принцип работы последующих устройств походил на изначальный вариант изобретения. Разница была лишь в характеристиках площадок для установки маятника.

Интересно то, что Фуко вообще мог не сделать своего открытия. Ведь изначально он собирался посвятить жизнь медицине, активно изучая гистологию. Но затем он произвел несколько исследований по оптике и решил, что физика и астрономия его интересуют больше.

В число важных достижений Фуко также входит:

Использовал вращающееся зеркало для анализа скорости света сразу в двух средах: воздухе и воде;
Разработал гироскоп;
Установил, что температура металлических предметов повышается при их активном вращении в вихревых потоках;
Предложил альтернативу зеркалам из металла. Он считал, что стеклянные зеркала с покрытием из серебра намного практичнее за счет своей легкости.

Самые большие маятники

К числу самых крупных маятников Фуко относится тот, который установлен в Киевском институте, Украина. Вес шара составляет 43 кг, а длина нити 22 м. Украинские инженеры создавали его более двух месяцев.

Одним из самых тяжелых шаров обладает белорусский маятник (60 кг). Самое интересное, что модель находится не в каком-то серьезном научном учреждении, а в обычной гомельской школе. Для поддержания постоянного вращения в здании смонтировали современную электромагнитную систему. В дополнение к этому была встроена наглядная светодиодная индикация.

Казалось бы, что нет сложности в создании механизма, первые модели которого появились почти два века назад. На самом деле конструировать маятники Фуко непросто.

В мире насчитывается всего несколько десятков штук. И чем больше вес шара, тем сложнее установить демонстрационную модель на поверхности.

Как работает маятник Фуко?

Основные конструктивные элементы современных маятников Фуко практически не отличаются от самого первого изделия. Французский физик подвесил груз в 28 кг на расстоянии 67 м от пола. На основании шара имелось металлическое острие. На твердую поверхность под конструкцией насыпался песок.

После запуска маятника тот начинал раскачиваться. Его острие прочерчивало следы, формируя траекторию вращения. Всего первая модель раскачивалась 16 секунд. Отклонение от каждого предыдущего вращения с одной стороны составляло порядка 3 мм.

Суть эксперимента Фуко заключалась в том, что если бы планета не вращалась, то шар не демонстрировал бы столь явные изменения в колебаниях, прослеживающиеся на песке.

Интересные факты об изобретении

С маятником Фуко связано несколько занимательных фактов:

Маятник Фуко на службе у атеизма

В 1931-м году большевики решили демонстративно показать превосходство науки над религией. Маятник Фуко отлично сгодился для этой цели. Его повесили в Исаакиевском соборе, который в то время приспособили под музей атеизма. Все службы в нем были прекращены, иконы сняты, а настоятель арестован.

Уже 30 лет судьба известного советского маятника Фуко остается под вопросом. В честь Дня космонавтики предлагается проводить демонстрацию его работы посетителям, а затем вновь убирать на хранение. Некоторые считают, что намного правильнее делать это не в стенах собора, а на площади рядом с ним.

Сами священнослужители считают подобный эксперимент вполне нормальным и никак не опровергающим существование Бога. Ведь христианство не отрицает того факта, что Земля круглая и имеет свою траекторию вращения.

Маятник Фуко не стал революционным изобретением для своего времени. Но он считается одним из главных доказательств вращения планеты. Принцип работы механизма можно объяснить даже ученику средней школы.

Видео: принцип работы самодельного маятника Фуко

В этом ролике изобретатель Олег Ульянов сделает данное устройство, демонстрирующее и подтверждающее вращение земли самостоятельно:

Читайте также: