Foucault-inga

Foucault-inga

Foucault inga a párizsi pantheonban
Valaki után elnevezve Jacques Bernard Leon Foucault
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A Foucault-inga  egy matematikai inga , amellyel kísérletileg demonstrálják a Föld napi forgását . Ez egy akár több tíz kilogramm súlyú karosszéria akár több tíz méter hosszú rugalmas felfüggesztésen. A menet felső vége kardánfelfüggesztésben vagy nyomógolyós csapágyon van rögzítve az inga bármely függőleges síkban történő szabad mozgása érdekében. A napi forgás jelenléte felelős az inga lengéssíkjának a Földhöz kapcsolódó referenciapontokhoz viszonyított fokozatos elfordulásáért [1] . A hatást először L. Foucault (1851) mutatta be, jelenleg a világon vannak aktív Foucault-ingák, amelyeket demonstrációs célokra használnak.

Foucault kísérletei

Léon Foucault francia fizikus és csillagász először 1851. január 8-án hajnali 2 órakor hajtotta végre kísérletét Assas sarkán lévő házának pincéjében .és VaugirardPárizsban . _ Ehhez egy 2 méter hosszú ingát használtak. Februárban Arago engedélyével megismételte a kísérletet a Párizsi Obszervatóriumban, ezúttal 11 méterrel meghosszabbítva az ingát. A kísérlet előkészítésében Froment, Foucault asszisztense is részt vett [2] .

Az első nyilvános demonstrációt már 1851 márciusában tartották a párizsi Pantheonban : a Pantheon kupolája alatt egy 28 kg súlyú fémgolyót akasztott fel egy 67 méter hosszú acélhuzalra, amelyhez egy hegyet rögzítettek. Az inga rögzítése lehetővé tette, hogy minden irányban szabadon oszcilláljon, a rögzítési pont alatt 6 m átmérőjű körkerítés készült, a kerítés szélén homokpályát öntöttek, hogy a mozgásában lévő inga húzhasson. nyomok a homokon, amikor átkelnek rajta. Hogy elkerülje az oldalirányú lökést az inga indításakor, félrevitték és kötéllel megkötözték, majd a kötelet elégették. Az ilyen felfüggesztési hosszúságú inga lengési ideje 16,4 másodperc, minden rezgésnél az eltérés a homokos út előző kereszteződésétől körülbelül 3 mm, egy óra alatt az inga lengéseinek síkja több mint 11 ° -kal elfordul az óramutató járásával megegyezően, azaz kb. 32 óra alatt teljesít egy teljes fordulatot és visszatér eredeti helyzetébe [3] .

Foucault kísérleteit a Pantheonban a Második Köztársaság elnöke, Louis Bonaparte (a leendő III. Napóleon) [4] kérésére végezték el . Széles körben elterjedt történet, hogy IX. Pius pápa megáldotta Foucault kísérletét, amely megmutatta volna a világegyetem teremtőjének mindenhatóságát. Az áldás okirati bizonyítékai nem ismertek [5] .

A tapasztalatok magyarázata

A népszerű irodalomban elterjedt az a hibás magyarázat, amely szerint az inga állítólag egy tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben (jelen esetben a csillagokkal „összekapcsolt” vonatkoztatási rendszerben) álló síkban oszcillál, és ez az a Földön elhelyezkedő és vele együtt forgó megfigyelő szempontjából miért fog forogni a ringató sík. A valóságban a lengéssík tájolása a csillagokhoz képest csak a bolygó egyik pólusán lévő inga erejéig marad rögzített [1] .

A Foucault-inga megfigyelése P. L. Kapitza alábbi érdekes problémájának megoldásának egyik módja [6] :

A csillagászati ​​megfigyelések azt mutatják, hogy a Vénusz bolygó teljesen felhős, így a Vénusz "lakói" meg vannak fosztva az égitestek megfigyelésének lehetőségétől. Írja le, hogyan tudnák pontosan mérni a napjuk hosszát. [7]

Nem inerciális vonatkoztatási rendszer

A Földhöz kapcsolódó nem inerciális vonatkoztatási rendszerben az inga lengéssíkjának elfordulása a Coriolis-erő hatásával magyarázható , amely a póluson maximális, az egyenlítőn pedig hiányzik [8] [1] .

Inerciális vonatkoztatási rendszer

Csak két erő hat az inga testére - a Föld vonzási ereje és a felfüggesztő menet feszítő ereje. Ha a testet anyagi pontnak tekintjük, azt találjuk, hogy ez a két erő, amely az ezen a ponton metsző egyenesek mentén irányul, egyedileg állítja be az inga lengéssíkját, amely nem változhat. Következésképpen a Föld felszínéhez viszonyított forgása a bolygó saját tengelye körüli forgásának köszönhető [1] .

A legegyszerűbb esetben - a póluson, ahol a Föld forgástengelye az inga lengési síkjában van - a megfigyelő ennek a síknak a Föld forgásával ellentétes irányba történő elfordulását látja, sziderális naponként 360 °-kal. (23 óra 56 perc 4 s, 15 ° sziderális óránként) [1] .

Az Egyenlítőnél a Föld forgástengelye merőleges a Földhöz képest mozdulatlan inga lengéssíkjára [1] .

Egy másik földrajzi szélességi körön belül az inga lengéssíkja nem maradhat mozdulatlan a csillagokhoz képest, hanem részt vesz a Föld forgásában. Ennek a pontnak a Földdel együtt forgási szögsebességének vektora két komponensre bontható: függőlegesre , amely az inga síkjának forgási sebességét határozza meg, és vízszintesre , amely az inga lengéssíkjának a Földdel együtt forgását határozza meg. . A függőleges komponens az Egyenlítőhöz közeledve csökken, így az inga Földhöz viszonyított forgási sebessége a szélesség csökkenésével csökken [1] .

A déli féltekén a jelenség képe teljesen megegyezik, kivéve, hogy az inga lengéssíkjának forgása ellentétes irányban történik [1] .

Számítási képletek

Egy tetszőleges földrajzi szélességi pontban egy ideális Foucault-inga oszcillációs síkjának forgási sebessége (fokban per sziderális óra) a Föld felszínéhez viszonyítva [1] :

A probléma alapos mérlegelése két finomításhoz vezet. Először is, az inga nem síkban, hanem kúpos felület mentén mozog. A klasszikus módon - szélső helyzetbe húzva és a húzószálat kiégetve - elindított inga nem találja el az egyensúlyi pontot, azt az északi féltekén jobbra, a déli féltekén pedig balra lövi el [1 ] . A cikkben látható animációban az ingát egy ütés indítja el az egyensúlyi ponton, így minden oszcillációnál visszatér hozzá, leírva a hurkokat.

Másodszor, az inga lengési síkjának forgási sebessége a felfüggesztés hosszától is függ [1] :

ahol  az ingaterhelés lengéseinek amplitúdója;  - menethossz.

Így a menet hosszának növekedése csökkenti az inga forgási sebességét befolyásoló járulékos tagot, ezért célszerű a lehető legnagyobb hosszúságú ingákat használni [1] .

Aktív Foucault ingák

Ez egy hiányos lista , és előfordulhat, hogy soha nem felel meg a teljesség bizonyos követelményeinek. Jó hírű forrásokból kiegészítheti . Néhány Foucault-inga a FÁK-ban
Vidéki város Telepítési hely telepítés dátuma
A szál hossza
labda tömeg		 Forrás
 Ukrajna ,Kijev Kijevi Politechnikai Intézet 2011. február 24 22 m 43 kg [12] [13]
 Oroszország ,Murmanszk Murmanszki Állami Regionális Egyetemes Tudományos Könyvtár 2018. február 8 21 m 28 kg [tizennégy]
 Moldova ,Chisinau Moldovai Műszaki Egyetem 2006 19 m 155 kg [tizenöt]
 Oroszország ,Sziktivkar Földtani Intézet, Komi Tudományos Központ, Uráli Kirendeltség, Orosz Tudományos Akadémia 2010. március 17 m 56 kg [16]
 Oroszország ,Moszkva Moszkvai Planetárium 2011. június 12 16 m 50 kg [17]
 Oroszország ,Novoszibirszk Nagy Novoszibirszki Planetárium 2012. február 8 15 m 32 kg [tizennyolc]
 Oroszország ,Moszkva A Moszkvai Állami Egyetem Fundamentális Könyvtára 2013 szeptember 14 m 18 kg [19]
 Fehéroroszország ,Gomel 69. számú középiskola 2017. május 12,5 m 60 kg [húsz]
 Oroszország ,Yoshkar-Ola Mari Állami Egyetem 2017. október 4 12 m 50 kg [21]
 Oroszország ,Volgograd Volgográdi Planetárium 1954 8,5 m 12 kg [22]
 Oroszország ,Szentpétervár Szentpétervári Planetárium 1959 8 m [3]
 Fehéroroszország ,Minszk Fehérorosz Állami Pedagógiai Egyetem 2004. szeptember 7,5 m [23] [24]
 Ukrajna ,Donyeck Donyecki Nemzeti Műszaki Egyetem 2018. április 17 6,75 m 31,18 kg [25]
 Oroszország ,Barnaul Altáj Állami Műszaki Egyetem 5,5 m [26]

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Erpylev N. P. Foucault inga // Fizikai enciklopédikus szótár / ch. szerk. B. A. Vvedensky, B. M. Vul. - Moszkva: Szovjet Enciklopédia, 1966. - V. 5 Spectrum - Fényerő. - S. 369. - 576 p. - 55.000 példány.
  2. ↑ G. Barenboim, J. A. Oteo. Egy inga futtatja  mindet . - 2013. - arXiv : 1304.7922 .
  3. ↑ 1 2 Foucault inga (elérhetetlen link) . Letöltve: 2009. március 3. Az eredetiből archiválva : 2008. október 31.. 
  4. ↑ Gyűrődés RP A prizma és az inga. A tudomány tíz legszebb kísérlete Archiválva : 2013. szeptember 27. a Wayback Machine -nél
  5. ↑ Megáldotta a Vatikán Foucault ingakísérleteit? . dictionnaire.narod.ru . Letöltve: 2022. július 15.
  6. ↑ Fizikaolimpia. Versenyezd meg őket. Lomonoszov 1999.09.26 . Letöltve: 2010. március 4. Az eredetiből archiválva : 2012. január 30.
  7. ↑ Kapitsa P. L. Fizikai problémák . - M . : "Tudás", 1966. - 16 p. Az eredetiből archiválva: 2009. december 8.
  8. ↑ Foucault inga a Szent Izsák-székesegyházban a YouTube -on // Kievnauchfilm , 1979
  9. ↑ National Geographic Russia: Öt templom Foucault ingákkal (hozzáférhetetlen link) . Letöltve: 2015. február 2. Az eredetiből archiválva : 2015. február 2.. 
  10. ↑ Tudni akarom: Foucault inga . Letöltve: 2017. szeptember 30. Az eredetiből archiválva : 2021. december 18..
  11. ↑ Foucault-inga  // Nagy Orosz Enciklopédia  : [35 kötetben]  / ch. szerk. Yu. S. Osipov . - M .  : Nagy orosz enciklopédia, 2004-2017.
  12. ↑ Európa egyik legnagyobb Foucault-ingáját először Kijevben bocsátották útjára . Letöltve: 2020. július 7. Az eredetiből archiválva : 2018. augusztus 31.
  13. ↑ Foucault legnagyobb inga . www.rekord.ua _ Letöltve: 2022. július 15.
  14. ↑ Az orosz tudomány napja a Murmanszki Regionális Tudományos Könyvtárban . Letöltve: 2018. november 15. Az eredetiből archiválva : 2018. november 16..
  15. ↑ 2020. szeptember 29-én archivált információ a Wayback Machine -nél a Moldovai Műszaki Egyetem Foucault-ingájáról.
  16. ↑ Az Orosz Tudományos Akadémia Uráli Kirendeltsége Komi Tudományos Központjának Földtani Intézetének közleménye. 2010. 3. szám P.11-13 . Letöltve: 2019. május 30. Az eredetiből archiválva : 2019. május 30.
  17. ↑ Moszkvai Planetárium Ma (elérhetetlen link) . Letöltve: 2011. szeptember 19. Az eredetiből archiválva : 2011. október 7.. 
  18. ↑ Foucault inga: Vseon.com . Letöltve: 2017. október 5. Az eredetiből archiválva : 2017. október 5..
  19. ↑ Foucault inga indult a Moszkvai Állami Egyetemen // A Moszkvai Egyetem hallgatóinak újsága "Shpil", 2013.09.23.  (elérhetetlen link)
  20. ↑ Foucault inga a gomeli 69-es középiskolában . Letöltve: 2017. június 19. Az eredetiből archiválva : 2017. október 5..
  21. ↑ Vaszilij Liszickij . Yoshkar-Olában először indították útjára a Foucault-ingát , a Mariyskaya Pravda -t  (2017. október 5.). Archiválva az eredetiből 2017. október 5-én. Letöltve: 2017. október 5.
  22. ↑ Volgográdi Planetárium a Volgogradi Szputnyik honlapján . Letöltve: 2011. április 13. Az eredetiből archiválva : 2013. január 8..
  23. ↑ Foucault inga . Minszk régi és új . Letöltve: 2017. október 5. Az eredetiből archiválva : 2017. október 6..
  24. ↑ Szergej Kirik. És mégis forog! .. (elérhetetlen link) . Fehérorosz katonai újság (2017. január 28.). Letöltve: 2017. október 5. Az eredetiből archiválva : 2017. október 6.. 
  25. ↑ Foucault-inga elindult a DonNTU-ban (elérhetetlen link - történelem ) . A Donyecki Népköztársaság Oktatási és Tudományos Minisztériuma (2018. április 17.). 
  26. ↑ Altáj Állami Műszaki Egyetem. I. I. Polzunova. Fizika Tanszék . Letöltve: 2011. május 16. Az eredetiből archiválva : 2012. március 17..

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban