傅科摆是怎样证明地球自转的.pdf

V01．39 N0．11 NOV．2O1O 中jfbt裁 参考 史 海 拾 贝 傅科摆是怎样证 明地球 自转的 袁俊平 (河南省柘城县高级 中学 476200) 高中 《物理》选修 3—4(人 民教育出版社普通高 要的问题，如果没有参照物 ，谈论运动是不可想象的． 中课程标准实验教书)第一章第 四节第 14面 “单摆” 由于还没有办法在空间中打上一颗钉子作为绝对 的 的插图是傅科摆 ，很多学生对傅科摆很感兴趣 ，但对 参照物．因此 ，我们只能依靠较远的、看起来似乎是静 傅科摆为什么能证明地球 自转而不理解．本文简单介 止的天体作为参照物．事实上 ，那些天体也绝不是 “空 绍一下． 间中的钉子”，只不过因为它们实在太遥远了，我们不 一 、 实验现场 妨——事实上恐怕也是唯一 的选择——把它们作为 为 了证 明地 球 在 自转 ，法 国物理 学 家傅 科 参照物．以遥远 的恒星作为参照物 ，一个物体不受外 (1819--1868)于 1851年做 了一次成功 的摆动实验 ， 力作用的时候 ，将一直保持它 的运动状态．这也是牛 “傅科摆”也因此而得名．实验 以法 国巴黎的国葬院作 顿第一定律的内容． 为实验场所 ，在一个圆顶大厦 (万神殿)进行 ，实验摆 摆是一种很有趣的装置 ，给摆一个恰 当的起始作 的摆长为67m，摆锤重 28kg，直径约 30cm． 用，它就会一直沿着某一方 向或者说某一平面运动． 由于摆臂越长实验效果越 明显 ，所 以为了观察到 如果摆的摆角小于 5。的话 ，摆锤甚至可以视为做一维 方向的改变，实验地点一定要设置在顶棚很高的厅堂 运动的谐振子． 中．顶棚用来悬挂钟摆 ，并在摆的下面放安置 了一个 现在 ，考虑一种简单 的情况，假如把傅科摆放置 沙盘．在摆运动时 ，摆尖会在沙盘上划 出一道道 的痕 在北极点上 ，那么会发生什么情况呢?很显然 ，地球 迹 ，可以记录摆动方向． 在 自转——相对于遥远的恒星 自转．同样 ，由于惯性， 实验当天 ，成千上万人前来观看这一奇妙的实验 傅科摆的摆锤相对于遥远恒星的运动方 向(平面)是 (图 1为万神殿外貌和实验现场)．随着时间一分一秒 不变的．你可以想象，有三颗遥远的恒星确定 了一个 地流逝 ，人们发现了奇迹 ，那就是摆在悄悄地发生着 平面，而傅科摆恰好在这个平面内运动．由于惯性 ，当 “移动”，并且是沿顺时针方 向发生旋转．有的人在摆 地球 以及用来吊起摆锤的架子转动的时候 ，摆锤仍然 动开始时，明明看到摆球运动到 自己眼前，又荡 了回 在那个平面内运动．那么什么情况发生了呢?你站在 去．可经过一段时间后 ，摆球竟离 自己越来越远．这对 傅科摆附近的地球表面上 ，显然会发现摆动的平面正 于围观的人们来讲 ，他们通过对现象的观测都得 出这 在缓慢的转动 ，它转动的速度大约是钟表时针转动速 样的结论 ，眼看着 自己没有移动，那一定是摆平面发 度的一半，也就是说 ，每小时傅科摆都会顺时针转 过 15。． 生了 “移动”． 摆在同一平面内运动，这里所说的平面是 由远方 的恒星确定的．如果把傅科摆放在赤道上呢?那样的