1851年1月3日,法国物理学家傅科设计了一个大摆证实了地球的自转。
傅科所用摆的长度为67米,摆锤是质量为28公斤的铁球。摆在重力和悬挂线的张力作用下,在其铅垂位置附近作振动。由于傅科的实验直接验证了地球自转,因此被授予荣誉骑士五级勋章。
傅科(1819~1868) 法国物理学家。1819年9月18日生于巴黎,1868年2月11日卒于巴黎。
为了证明地球在自转,法国物理学家傅科于1851年做了一次成功的摆动实验,傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行,悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大,因而基本不受地球自转影响而自行摆动,并且摆动时间很长。
摆锤的下方是巨大的沙盘。每当摆锤经过沙盘上方的时候,摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。按照日常生活的经验,这个硕大无比的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹。该实验被评为“物理最美实验”之一。
在傅科摆试验中,人们看到,摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动,摆动方向不断变化。分析这种现象,摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用,按照惯性定律,摆动的空间方向不会改变,因而可知,这种摆动方向的变化,是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果,地球上的观察者看到相对运动现象,从而有力地证明了地球是在自转。
傅科摆放置的位置不同,摆动情况也不同。在北半球时,摆动平面顺时针转动;在南半球时,摆动平面逆时针转动。而且纬度越高,转动速度越快,在赤道上的摆几乎不转动,在两极极点旋转一周的周期则为一恒星日(23小时56分4秒),简单计算中可视为24小时。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15°tsinφ来求,单位是度。式中φ代表当地地理纬度,t为偏转所用的时间,用小时作单位,因为地球自转角速度1小时等于15°,所以,为了换算,公式中乘以15°。
傅科摆实验的第二年,即1852年,他制造出了回转仪(陀螺仪)——也就是现代航空、军事领域使用的惯性制导装置的前身。
陀螺仪的原理是:一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。自从上个世纪七十年代以来,陀螺仪有很大的发展,光纤陀螺仪、激光谐振陀螺仪等相继问世,这些现代的陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作可靠等等优点,在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪,成为现代导航仪器中的关键部件。
他还曾经测量光速,发现了涡电流。在月球上有一座以他命名的撞击坑。傅科的“知识权利”哲学思想也有很大影响。
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