【仪器介绍】
实验仪器如图4-1所示。
【操作与现象】
1.将单摆拉开一定角度(不超过底盘限定的范围),使其在竖直面内摆动;
2.调节底盘上的定标尺,使其方向与单摆的摆动方向一致; 3.经过一段时间(大约1~2小时),观察单摆的摆动面与定标尺方向的夹角(大约10~20度)。
【原理解析】
傅科摆是法国物理学家傅科(J.B.L.Foucault)1851年在巴黎国葬院的圆拱屋顶上悬挂的一个长约67米、摆锤重28千克的大单摆。随着每一次摆动,地上巨大的沙盘便留下摆锤运动的痕迹,令观摩者相顾惊诧的事情发生了,这只大摆至始至终都没有按一条直线来回往复,在经过一段时间后,摆动方向偏转了很大角度。傅科宣布:“我们看到了地球的转动”。 地球自西向东旋转,其角速度的方向沿地轴指向北极。处于北半球某点的运动物体速度方向(如图4-2所示),那么该物体所受的科里奥利力的表达式为:火锅炉具>保险杠模具
科里奥利力的方向垂直于一个平面,这个平面是由和的方向所组成的平面,所以垂直于,使发生偏转。图傅科摆原理4-3所示的是,北半球傅科摆摆动平面的旋转示意图。
在地球的两极,傅科摆的摆动平面24婴幼儿服装裁剪小时转一圈,而在赤道上,傅科摆没有方向旋转的现象;在两极与赤道之间的区域,傅科摆方向的旋转速度介于两者之间。傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同,说明了地球表面不同地点的线速度不同,因此,傅科摆还可以用于确定摆所处的纬度。
【知识拓展】
1819年,让·傅科生于巴黎。傅科从小喜欢动手做试验,最初傅科学习的是医学,后来才转行学习物理学。1862年,傅科使用旋转镜法成功地测定了光速为289 000km/s。傅科还在实验物理方面做出了一些贡献。比如,改进了照相术,拍摄到了钠的吸收光谱。傅科摆实验的第二 年,即1852年,他制造出了回转仪(陀螺仪)——现代航空、军事领域使用的惯性制导装置的前身。此外,他还发现了在磁场中的运动圆盘因电磁感应而产生涡电流,这被命名为“傅科电流”。
当然,最闪光的还是傅科摆实验,它非常简单地演示了地球自转的现象。傅科选择了一个混凝土胶粘剂28千克的铁球作为摆锤,当然傅科使用如此巨大的摆是有道理的。由于地球转动的较缓慢(相对摆的周期而言),需要一个比较长的摆线才能显出轨迹的差异。又因为空气阻力的影响,这个系统必须拥有足够的机械能(一旦摆开始运动,就不能给它增加能量)。此外,悬挂摆线的地方必须允许摆线在任意方向运动。傅
科正是因为做到了这三点,才能成功地演示出地球的自转现象。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。如果你有机会凝视着这个缓慢转动着的傅科摆的时候,是否也会像伽利略或者150年前观看傅科摆实验的观众那样发出由衷的赞叹:“地球真的是在转动啊!”艾盒