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傅科摆的原理和运行轨迹分析 　　摘要:傅科摆是法国物理学家傅科于1851年在巴黎发明的一种摆,利用摆的运动现象首次用实验证实了地球的自转。本文对傅科摆在水平面内的相对运动轨迹作了综合性的定性分析,并根据傅科摆确定的起始条件,画出其相对运动轨迹曲线。 　　Abstract: The Foucaultpendulum was one kind of pendulum which French physicist Foucault leon invented in 1851 in Paris, using the movement phenomenon of pendulum confirm Earths rotation with the experiment to for the first time. This article has made the comprehensive qualitative analysis to relative motion path of the Foucault pendulum in horizontal plane, and according to determined original conditions ofthe Foucault pendulum, and draws its relative motion path curve. 　　关键词:傅科;傅科摆;运行轨迹 　　Key words: Foucault;Foucaultpendulum;motion track 　　中图分类号:TH11文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)31-0148-03 　　 　　0引言 　　地球是一个略扁的球体,赤道半径平均为6378千米,极半径平均为6357千米。人们很早以前就猜想地球在自转,后来根据天文观察,更是确信了地球自转的事实,地球在绕太阳公转的同时,还在以它的自转轴为轴自西向东不停地自转着,地球自转一周是一昼夜。我们任意选择赤道上的一个点,当地球自转一周时,这个点就随之运行了一个以6378千米为半径的大圆圈,其圆周长约40054千米,折合成华里就是约八万里,“坐地日行八万里”的奥秘就在这里。 　　我们生活在地球上,但却根本感觉不到地球的自转运动。直到1851年,傅科才用实验证实了地球的自转。傅科(Foucault,Jeam Bernard Leon)是十九世纪中叶法国杰出的实验物理学家。1819年9月18日生于巴黎;1868年2月11日卒于巴黎。特别有意义的是,他只用了一个单摆装置就完成了这个实验,其设备之简单,设计之巧妙,现象之明显,结论之直观,真是绝妙之极,因此它成为了物理学史上最美丽的实验之一。现在人们把用于论证地球自转的这个摆称为傅科摆,该实验就是现在著名的“傅科摆实验”。 　　傅科摆的实验总共是在四个地方做的。1851年,在巴黎国葬院的大厅里,这是傅科在第三个地方做傅科摆实验。他用一根67m长的铁丝,悬挂28?K重的铁球做成摆,摆锤的下方放有直径6米的沙盘和启动栓。摆的下端是一个尖头,正好从地板上掠过,每当摆锤经过沙盘上方的时候,摆锤上的尖头就会在沙盘上面留下运动的轨迹来。实验开始前,将铁球高高地拉向一侧,用绳子拴在墙上。采取一切办法使空气和教堂避免一切可能的振动,以免干扰这个巨摆的稳定摆动。当一切都平静后,就放火烧断拴摆的绳子。绳断了,摆开始了摆动,随着时间的推移,傅科设置的摆每经过一个周期的振荡(周期为16.5秒),在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹,准确地说,在这个直径6米的沙盘边缘,两个轨迹之间相差大约3毫米,每小时偏转11°20,它扭转的方向和速率正巧符合巴黎的纬度,即31小时47分扭转一周。傅科摆的摆动作为地球自转的有力证据,现已为世界所公认。 　　这个实验引起了极大反响。现在,巴黎国葬院中依然保留着150年前傅科摆实验所用的沙盘和标尺。不仅仅是在巴黎,在世界各地你都可以看到傅科摆的身影,例如,你可以在北京天文馆看到一个傅科摆的复制品。一个金属球在一根系在圆穹顶上的长长细线下来回摆动着。下面是一个刻着度数的像铁锅似的大圆盘,人们可以由此读取摆动平面旋转的度数。前去参观的人们都喜欢在这里停留一段时间,亲眼看一看地球是怎样自转的。在北京地区,约需37小时才转一圈。即傅科摆的摆动平面每6.2分钟顺时针转过1度,这已是很容易观察的了。 　　1傅科摆的原理 　　傅科根据地球自转的理论提出:除地球赤道以外的其他地方,单摆的振动面会发生旋转的现象。如果地球没有自转,则摆的振动面将保持不变;如果地球在不停地自转,则摆的振动面在地球上的人看来将发生转动。事实上,这是摆底下的地面在转动,因为对于一个自由摆动的摆来说,其摆动平面是不会发