傅科擺的出現是在1851年,這時距離哥白尼提出日心說已經過去了三個世紀,可以說我們很早就知道了地球在運動這件事,但是一直沒法證明。
因此就算是到了19世紀,也還是有很多人不相信日心說,這些人以感覺不到地球在動為依據依然死守著地心說最後這塊堡壘。
畢竟眼不見不為實嘛,你說地球在自轉,那你給我證明一個看看。
而萊昂·傅科的這個實驗以非常巧妙、簡潔的方式就證明了地球真的再轉,而且這個實驗也很容易被大夥重複做出來。
下面我就說下這個實驗為何可以證明地球在自轉?以及關於萊昂·傅科的一些故事。
萊昂·傅科1819年是法國物理學家,出生在巴黎,一開始他並沒有攻讀物理學,而是學習的是醫學,這是他父親對他的期望。
可能是出於對父親的尊重,傅科也當了一名醫生,但是他本人對醫學並不感興趣,而是對物理學比較痴迷,喜歡搞個小發明。
所以他這醫生就當的是三天打魚兩天曬網,完全不上心。一個人有時可能面對有些事很難做出抉擇,他往後的路該怎麼走。
巧的是,跟他同村的一位同學叫阿曼德·菲索,他們屬於同齡人,也有著相同的經歷,同樣是當著醫生,心理卻喜歡搞了發明創造。
阿曼德希波呂忒路易斯1819-1896法國物理學家。斐索干涉最出名的是確定光速與福柯里昂
但是菲索本人就比較果斷一些,放棄了自己的職業,搞起了物理學研究,所以傅科也就跟著菲索走上了實驗物理的道路。
前期他們兩個主要就是對攝影技術的改良和光速的測量,菲索首創了在實驗室測量光速的方法,傅科通過改良旋轉鏡法將光速測量誤差縮小到了1%。
菲索還有一個比較偉大的成就,就是1848年他獨立地發現了光波的都卜勒效應,指出可以通過恆星光譜的偏移來測量恆星的視向速度,所以對於光波的由於其運動造成的波長的變化也被稱為都卜勒-菲索效應。
而傅科最偉大、也最被人熟知的就是他設計的傅科擺。
傅科擺其實就是一個單擺,區別在於它的規模非常大,設置在法國巴黎先賢祠的穹頂上,擺長達到了67米,而擺錘的直徑達到了30公分,重達27公斤。
擺線肯定也是選用比較細的鋼索,而且如此長的擺長和如此重的擺錘只有一個目的,就是減小地球自轉給單擺造成影響。
你看,我們平時感覺不到地球在自轉的原因是我們就站在地表,總是跟著地球在自轉,不論我們做什麼事情,或者是多麼精密的實驗,我們都無法察覺到地球在動。
而傅科擺的關鍵就在於,我們可以利用擺錘擺動時的慣性來抵抗掉地球的自轉。也就是地球自個轉自個的,傅科擺依靠慣性擺動,不會跟著地球旋轉。
當傅科擺在一個平面上擺動的時候,由於只有向下的重力存在,沒有其他的外力,因此擺動的時候擺錘應該只會在一個平面上擺動。
如果地球本身也不自轉的話,那麼擺動平面更不會發生偏移,但是真實的情況是,傅科擺的擺動平面在旋轉。
平面偏移的速度跟所處維度有關係,根據巴黎的維度,傅科擺平面每小時有11°的偏移量,也就是轉一周的話需要31小時47分。
如果把傅科擺放到北極極點,那麼傅科擺的平面偏移量每小時就是15°,轉一圈剛好24小時。也就是地球自轉一圈的時間。
而且在北半球傅科擺擺動平面的偏移方向為順時針,要是把實驗挪到南半球偏移方向就變為了逆時針。在赤道上則機會不動。
上文說了傅科擺的平面自己不會動,而唯一能動的就是地球在自轉,由於我們人是站在地球上看傅科擺,因此傅科擺平面的偏移方向正好和地球的自轉相反。
這個實驗十分簡單的證明了地球在自轉,所以很多人在傅科擺的跟前一站就是一兩個小時,因為只有看著它,我們才能真切地感受到自己站的大地在動。
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