Маятник фуко где. Что такое маятник Фуко и каков принцип его работы

Низкая надёжность GPS в горах и лесах (и не только) не устраивает американских военных, требующих иной навигационной системы, столь же не зависящей от окружающей обстановки, как нынешние инерциальные гироскопы.

С апреля, когда мы известили вас о соответствующих намерениях Управления перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA), минуло всего полгода, а DARPA уже отчитывается о первых прототипах новых микроэлектромеханических (МЭМС) систем инерциальной навигации, готовых к внедрению и даже сейчас, на нынешнем технологическом уровне, по точности не уступающих военной версии GPS.

Прототипы трёхмерных маятников Фуко в исполнении Мичиганского университета (вверху) и Технологического института Джорджии (внизу) (здесь и ниже фото DARPA).

Современные гироскопы для инерциальных систем навигации весьма сложны и дороги: одно устройство такого рода, собираемое вручную, изготавливается около месяца и стоит до $1 млн. В рамках проекта Microscale Rate Integrating Gyroscope («Интегрирование гироскопов на микроуровень», MRIG) DARPA нацеливается на реализацию программы Micro-Technology for Positioning, Navigation and Timing («Микротехнологии для позиционирования, навигации и точного измерения времени», Micro-PNT), сфокусированной на применении гироскопа с вибрирующей структурой из кварцевого или обычного стекла сверхнизкого расширения - вроде тех, что использовались в КА «Кассини–Гюйгенс».

При этом вместо традиционного для микроэлектромеханических устройств двумерного изготовления речь идёт о трёхмерной упаковке МЭМС, что позволяет сделать их более миниатюрными.

Принципиально такое устройство инерциальной навигации опирается на стандартный маятник Фуко, в котором плоскость колебаний слегка изменяется из-за вращения Земли. Однако вместо маятника в описываемых МЭМС-приборах инерциальный сенсор посылает вибрации по поверхности трёхмерных структур. Точность такой стоячей волны постоянно контролируется, и, как только инерциальный сенсор перемещается в пространстве в любом из трёх измерений, это немедленно отражается на колебаниях 3D-поверхности.

Справка:маятник Фуко

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

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.

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.
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.

Маятник Фуко в Парижском Пантеоне

Физика эксперимента

Маятник Фуко является математическим маятником, плоскость колебаний которого медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. В популярной литературе распространено ошибочное объяснение, согласно которому маятник якобы совершает колебания в плоскости, неподвижной в инерциальной системе отсчёта (в данном случае - системе отсчёта, «связанной» со звёздами), и именно поэтому с точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле и вращающегося вместе с нею, плоскость качания будет вращаться. В действительности ориентация плоскости качания остается неподвижной относительно звёзд только для маятника на полюсах.
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).

Действующие маятники Фуко (в России и СНГ)

По длине нити.
24 февраля 2011 года модель маятника появилась в Киеве. Он установлен в Киевском политехническом институте. Шар из бронзы весит 43 килограмма, а длина нити составляет 22 метра. Киевский маятник Фуко считается самым большим в СНГ и одним из самых крупных в Европе.
12 июня 2011 года открылся Московский планетарий, где установлен действующий маятник Фуко с длиной нити 16 метров, массой шара - 50 килограммов.
8 февраля 2012 года открылся Новосибирский астрофизический комплекс, включающий в себя башню Фуко с маятником, длина нити которого 15 метров.
Действующий маятник Фуко c длиной нити 20 метров имеется в Сибирском федеральном университете (Красноярск).
Действующий маятник Фуко, массой 12 килограммов и длиной нити 8,5 метров, имеется в Волгоградском планетарии.
Действующий маятник Фуко в настоящее время есть в Санкт-Петербургском планетарии. Длина его нити - 8 метров.
В Беларуси маятники Фуко установлены в Белорусском государственном педагогическом университете имени Максима Танка (длина нити - 7,5 метров) и в каплице на мемориальном комплексе «Буйничское поле» (Могилёв) .
Ещё один маятник Фуко находится в Барнауле в АлтГТУ им. И. И. Ползунова на кафедре экспериментальной физики в 403 аудитории. Длина его нити составляет 5,5 метра.
Действующий маятник Фуко в настоящее время есть в Техническом Университете Молдовы

Интересные факты

Один из элементарных способов решения занимательной задачи П. Л. Капицы об облачности Венеры является измерение длины суток при помощи маятника Фуко. Текст задачи:
Астрономические наблюдения показывают, что на планете Венера полная облачность, так что «жители» Венеры лишены возможности наблюдать небесные светила. Опишите, каким методом они могли бы точно измерить длину своих суток.
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:
На самом деле, всё было наоборот. Первый опыт Фуко был выполнен с благословения папы Римского для того, чтобы доказать могущество Бога.
Опыты Фуко в Пантеоне были проведены по требованию президента Второй республики Луи Бонапарта (будущего Наполеона III); о документальных доказательствах благословения демонстраций Фуко со стороны папы (на тот момент Пия IX) неизвестно.

Маятник Фуко на северном полюсе. Ось вращения Земли лежит в плоскости колебаний маятника

Конец справки

А это образец Калифорнийского университета в Ирвайне.

Среди использованных для решения такой задачи подходов DARPA особо выделило прототипы Мичиганского университета, Технологического института Джорджии и Калифорнийского университета в Ирвайне. Разработчики из первого вуза применили стеклянную структуру, полученную при помощи архаичной, казалось бы, технологии выдувания стекла. При этом дробление частоты для такого 3D-маятника составило всего 10 Гц (чем меньше дробление частоты, тем выше точность). Во втором прототипе также использовались стеклодувные технологии, но стекло было кварцевым, что позволило получить более однородную микроструктуру (при остывании кварцевое стекло испытывает меньшие размерные колебания). Кстати, если обычное стекло дуется при 800 ˚С, то кварцу нужно 1 700 ˚С, то есть речь идёт о значительно более сложной (хотя и потенциально более точной) технологии. Наконец, в третьем образце использовалось химическое парофазное осаждение, с помощью которого в микроуглублениях на выдувной поверхности из стекла были получены синтетические алмазы. Симметрия такого сенсора в перспективе обещает быть самой высокой.

Итак, вторая фаза проекта создания средств инерциальной навигации на базе МЭМС завершена, теперь DARPA планирует отточить технологию, сократив размер сенсоров с 20 до 10 мм³, а частоту дробления - с 10 до 5 Гц, что должно вдвое повысить точность новых средств навигации.

Подготовлено по материалам Управления перспективных исследований Министерства обороны США и Вики

Тот факт, что Земля вращается вокруг своей оси, сегодня известен каждому школьнику. Однако не всегда люди были убеждены в этом: обнаружить вращение Земли, находясь на ее поверхности, достаточно трудно. Конечно, можно догадываться, что суточное движение небесных тел по небесной сфере – это и есть проявление вращения Земли. Но видится нам это явление именно как движение Солнца и звезд по небу.

В середине XIX века Жан Бернард Леон Фуко смог провести опыт, который демонстрирует вращение Земли достаточно наглядно. Опыт этот был проведен неоднократно, а публично сам экспериментатор представил его в 1851 году в здании Пантеона в Париже.

Здание Парижского Пантеона в центре венчает громадный купол, к которому была прикреплена стальная проволока длиной 67 м. К этой проволоке подвесили массивный металлический шар. По разным источникам, масса шара составляла от 25 до 28 кг. Проволока крепилась к куполу таким образом, чтобы получившийся маятник мог качаться в любой плоскости.

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.

Для того, чтобы исключить влияние подвеса на маятник Фуко, применяют специальные подвесы (рис. 4). А для того, чтобы избежать бокового толчка (то есть, чтобы маятник качался строго в плоскости), шар отводят в сторону, привязывают к стене, а затем пережигают веревку.

Период колебаний маятника, как известно, может быть рассчитан по формуле:

Подставляя в эту формулу длину маятника l = 67 м и значение ускорения свободного падения g = 9,8 м/с 2 , получаем, что период колебаний маятника в опыте Фуко составлял T ≈ 16,4 с.

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.

В России маятник Фуко длиной 98 м был установлен в Исакиевском соборе в Ленинграде. Обычно показывался такой удивительный эксперимент – устанавливался на полу спичечный коробок чуть поодаль от плоскости вращения маятника. Пока гид рассказывал о маятнике, плоскость его вращения поворачивалась и стержень, укрепленный на шаре, сбивал коробок.

В основу опыта был положен уже известный в то время экспериментальный факт: плоскость качания маятника на нити сохраняется независимо от вращения основания, к которому подвешен маятник. Маятник стремится сохранить параметры движения в инерциальной системе отсчета, плоскость которой неподвижна относительно звезд. Если поместить маятник Фуко на полюсе, то при вращении Земли плоскость маятника будет оставаться неизменной, и наблюдатели, вращающиеся вместе с планетой, должны видеть, как плоскость качаний маятника поворачивается без воздействия на него каких-либо сил. Таким образом, период вращения маятника на полюсе равен периоду обращения Земли вокруг своей оси – 24 часам. На других широтах период будет несколько больше, т. к. на маятник действуют силы инерции, возникающие во вращающихся системах – силы Кориолиса. На экваторе плоскость маятника вращаться не будет – период равен бесконечности.

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.

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.

Мы стали свидетелями того, как в очередной раз церковь и государство, противоборствуя или, наоборот, находя полное взаимное понимание, наглядно демонстрируют это своим гражданам и прихожанам такими широкими жестами, что вызывают у тех и других волну протестного движения. Поднятый и широко обсуждаемый статус Исаакиевского собора, маятника в соборе , как антирелигиозного аргумента, возобновленные богослужения и продолжающаяся просветительская работа музея-памятника вносят сумятицу и раздор между неуспокоенными жителями города. В чем суть спора?

Исаакиевский собор при царизме

Архитектора Огюста Монферрана и возведение его детища, нового, четвертого по счету, построенного на этом же месте, кафедрального собора в честь Исаакия Далматского, контролировал сам император Николай I . Начатые в 1818 году проектные работы, внесение исправлений в первоначальный вариант и само строительство храма продолжались 40 лет.

Торжественное освящение собора 30 мая 1858 года посетила семья императора Александра II . Величественное здание поражало своими размерами и красотой как снаружи, так и внутри. Были выстроены в параде войска. Для народа на двух прилегающих площадях поставили трибуны. Это был великий праздник для всего Санкт-Петербурга.

Вскоре здание было передано в руки Министерства внутренних дел и с 1883 года находилось в двойном подчинении: православному ведомству - в «хозяйственном отношении», Министерству - в «технико-художественном». На неоднократные просьбы митрополитов обеих столиц передать Исаакиевский собор в единоличное управление духовенства звучал решительный отказ.

До 1928 года Исаакиевский собор, освобожденный от дорогих церковных ценностей, принадлежал разным общинам прихожан. В июне был расторгнут договор с очередным приходом, прекращены службы, а здание передано в пользование Главнауки. 12 апреля 1931 года тут был открыт музей антирелигиозной пропаганды.

Здание стало выполнять исключительно светские функции. После реставрации наверху открыли смотровую площадку. Каждый советский гражданин мог теперь любоваться красотой Ленинграда с высоты Исаакиевского собора. Маятник в соборе , установленный как научный прибор с целью доказательства факта, что Земля вращается вокруг своей оси, вызвал огромный интерес жителей города и их гостей. Мало кого взволновало то, что для его монтажа сняли с внутренней части купола фигуру голубя, образ Святого Духа.

В ночь на 12 апреля 1931 года поглядеть на первый его пуск собрались 7000 зрителей, которые с интересом наблюдали и шумно спорили в ожидании результата: упадет сбитый шаром спичечный коробок или нет. Наука торжествовала над религией: «Она вращается», и маятник Фуко в Исаакиевском соборе доказывал это бесспорно.

Что такое маятник Фуко?

Первый такой эксперимент произвел в 1851 году француз Жан Фуко. После пробных пусков в подвале дома он продемонстрировал свой опыт под куполом Пантеона в присутствии будущего императора Наполеона III и с разрешения Папы Римского.

Когда маятник весом 28 кг был запущен вдоль географического меридиана в свободное колебание на проволоке длиной 67 метров, его металлическое острие расчерчивало насыпанный по кругу песок. Было понятно, что каждый последующий приход острия смещается на несколько миллиметров по отношению к предыдущему. Через некоторое время стало очевидно, что плоскость колебания маятника поворачивается. За один час угол поворота составил 11 градусов.

Маятник Фуко в Исаакиевском соборе весом 54 кг и длиной троса 98 метров поворачивал плоскость колебания на 13 градусов за час.

Маятник в соборе

В восьмидесятые годы прошлого столетия Православная церковь стала возвращать свое влияние. Прекратился контроль за посещением гражданами храмов и совершением церковных таинств. Первые лица по праздникам бывали на службе в кафедральном соборе столицы.

В знак своей лояльности к церкви государство обратило внимание на Исаакиевский собор. Маятник в соборе демонтировали под благовидным предлогом: поломка подвесной системы. Это было в 1986 году, а четырьмя годами позже здесь возобновились богослужения.

Физический прибор Фуко, принесенный в жертву ради мира и согласия между двумя могущественными структурами власти, государством и церковью, лежит в хранилище музея. Там, где в Исаакиевском соборе в Петербурге висел маятник , вновь летит голубь.

В 2015 году духовенством был поднят в третий раз (два раза - до революции) вопрос о передаче Исаакиеского собора церкви. Было много публикаций, споров и выступлений граждан «за» и «против». Наконец в январе 2017 года губернатор Санкт-Петербурга объявил о решении властей: «Вопрос о передаче Исаакиевского собора в пользование РПЦ решён, но здание полностью сохранит музейно-просветительскую функцию».

Что же будет дальше?

Каждый понял заявление по-своему. Музейные работники расценили это как ликвидацию музея. Состоялись акции протеста сторонников музея и крестные ходы противников. Таким образом, когда убрали маятник Фуко из Исаакиевского собора , а власти огласили свое решение, это не внесло окончательной ясности ни о принадлежности, ни о назначении здания.

На сегодняшний день нет окончательного понимания статуса собора ни у одной из сторон. Вроде бы, изъявив готовность к передаче «Исаакия» в руки церкви, правительство с января этого года не дождалось от РПЦ официальной заявки на это. Музейные служащие не знают, что делать: паковать экспонаты или распаковывать уже собранное. СМИ периодически поднимают этот вопрос перед дирекцией музея, но и прежний, и вступивший в июне в должность Ю. Мудров, похоже, плохо представляют свое будущее. Граждане периодически протестуют.

Пока можно уверенно сказать лишь то, что сегодня в здании ежедневно проходят службы и тут же работает музей « Исаакиевский собор». Маятник в соборе как бы продолжает раскачиваться.

Кожевников Евгений

Целью данной работы является систематизация собранной информации и создание настольной демонстрационной установки маятника Фуко.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Районный конкурс молодых исследователей «Шаг в будущее»

Тема: «Маятник Фуко»

Выполнил:

Кожевников Евгений Александрович

9 «Б» класс МБОУ «СОШ №6»

Руководитель:

Давыдова Ирина Николаевна

Учитель физики МБОУ «СОШ №6»

г. Кольчугино

2012

Введение 3

1.1. История создания маятника Фуко 3

1.2. Опыт Фуко 5

1.2.1. Демонстрация опыта 5

1.2.2. Принцип работы маятника 6

1.3. Биография Ж.Б.Л. Фуко 6

1.4. Действующие маятники Фуко 7

1.4.1. Действующие маятники в России и странах СНГ 7

1.4.2. Действующие маятники в других странах 9

1.5. Интересные факты 11

2. Практическая часть 11

2.1. Модели маятника, которые можно сделать самому 11

2.2. Модель маятника, представленная на конкурс 13

Заключение 14

Список литературы 15

Введение

О существовании маятника Фуко я узнал из курса физики 9 класса (тема «Колебания и волны»). А потом посмотрел телепередачу «Галилео», в которой я увидел модель маятника, изготовленного умельцами программы. И я решил проверить, смогу ли я сам изготовить подобную работающую модель. Для этого я собрал и изучил информацию из различных источников: книги, СМИ, Интернет. Материал был настолько интересный, что я решил его систематизировать и самому изготовить модель.

Целью данной работы является систематизация собранной информации и создание настольной демонстрационной установки маятника. В работе я изложил материал об истории создания маятника, его первой демонстрации, принципе работы, о различных видах моделей маятника, созданных по всему миру, и предлагаю на рассмотрение жюри модель маятника, сделанную своими руками.

Со своей работой я выступал на уроке физики перед одноклассниками и на школьной научно-практической конференции «Дорогами открытий» и был награжден грамотой за победу в номинации «Прикладная физика»

1.1 История создания маятника Фуко

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. 1).

Рис. 1. Компас Плиния Старшего на корабле Рис. 2. Пруток, зажатый во вращающемся

Патроне, не меняет плоскость колебаний

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.

Однажды Фуко заметил, что если зажать в патроне станка длинный упругий стальной прут и заставить его колебаться (рис. 2), то плоскость колебаний не изменится даже при быстром вращении патрона. Заинтересовавшись этим явлением, Фуко стал наблюдать сначала за поведением того же прутка во вращающемся патроне, а затем для удобства решил заменить его маятником.

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.

1.2. Опыт Фуко

1.2.1. Демонстрация опыта

Впервые публичная демонстрация была осуществлена Жаном Фуко в 1851 г. в Парижском Пантеоне (рис. 3): 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.

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.

1.2.2. 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.

1.3. Биография Ж.Б.Л. Фуко

ФУКО Жан Бернар Леон (1819-1868), французский физик, известный своими экспериментами по оптике и механике. Родился 18 сентября 1819 в Париже. Начальное образование получил дома. По настоянию отца изучал медицину, но увлекся экспериментальной физикой. С 1845 - научный обозреватель газеты "Журнал дискуссий" ("Journal des Dbats"), с 1855 - сотрудник Парижской обсерватории, с 1862 - член Бюро долгот. Основные исследования относятся к оптике, механике, электромагнетизму. Вместе с А.Физо провел ряд оптических исследований, наиболее известное из них - наблюдение интерференции света при большой разности хода. В 1849-1850 измерил скорость света в воздухе и воде, используя быстро вращающееся зеркало. Эти сравнительные измерения окончательно подтвердили волновую природу света. В 1851 при помощи маятника (маятник Фуко) продемонстрировал вращение Земли вокруг оси. В 1852 изобрел гироскоп, широко применяющийся теперь в технике и навигации. В 1855 обнаружил нагревание проводящего материала вихревыми индукционными токами (токи Фуко) и предложил способ их уменьшения. Разработал прецизионный способ изготовления зеркал для больших рефлекторов и предложил использовать вместо металлических зеркал более легкие и дешевые стеклянные, покрытые пленкой серебра. Среди других изобретений Фуко - автоматический регулятор света для дуговой лампы, фотометр, поляризационная призма, пригодная для работы в УФ-области. Фуко был членом Лондонского королевского общества, Берлинской академии наук; за научные заслуги награжден медалью Копли.

1.4. Действующие маятники Фуко

1.4.1. Действующие маятники в России и странах СНГ

24 февраля 2011 года модель маятника появилась в Киеве . Он установлен в (рис. 4). Шар из бронзы весит 43 килограмма, а длина нити составляет 22 метра. Киевский маятник Фуко считается самым большим в СНГ и одним из самых крупных в Европе.

12 июня 2011 года открылся Московский планетарий , где установлен действующий маятник Фуко с длиной нити 16 метров, массой шара - 50 килограммов (рис. 5).

8 февраля 2012 года открылся Новосибирский астрофизический комплекс , включающий в себя башню Фуко с маятником, длина нити которого 15 метров.

Действующий маятник Фуко c длиной нити 20 метров имеется в Сибирском федеральном университете (Красноярск ).

Действующий маятник Фуко, массой 12 килограммов и длиной нити 8,5 метров, имеется в Волгоградском планетарии.

Действующий маятник Фуко в настоящее время есть в Санкт-Петербургском планетарии. Длина его нити - 8 метров.