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證明地球自轉的發明——傅科擺

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傅科走入了科學的殿堂,人們為了紀念這次偉大的擺動實驗,傅科擺由此而得名。

故宮博物院收藏了一件清代流入宮廷的珍貴的西洋儀器——傅科擺模型,其功能是證明地球在自轉。模型由四根立柱組成,合攏後呈一圓柱形。使用時將四根立柱打開,使之呈四邊形,中間吊垂一直徑三厘米的銅實球,球自動沿圓弧作往複運動,並緩慢地改變轉動平面。

傅科擺模型

傅科擺的發明人是萊昂·傅科(J.Foucault,1819年9月19日—1868年2月11日),法國人,物理學家,發明家。傅科思維活躍,動手能力極強。在實驗物理學領域有多方面的發明創造,其中最著名的有測定光速、傅科擺實驗以及提出渦電流理論。

傅科為什麼要發明傅科擺來證明地球的自轉呢?話還得從波蘭天文學家哥白尼的日心說(地動說)說起。1514年,哥白尼提出,地球圍繞太陽公轉的同時還在自轉,這一點觀點推翻了傳統天文學的認識。科學家通過觀測,在理論上逐漸接受了哥白尼的觀點,但沒有想出證明地球自轉的直觀實驗。

傅科

最終,歷史機遇落到了傅科的頭上。1845年傅科任《辯論》報的科學記者,他在撰寫科學報道的同時,也在家中做物理實驗。一天,他又在家中做物理實驗,經過十幾次的努力,他還是失敗了,他失望的坐在凳子上,看著牆上時鐘的擺錘來回搖擺,突然,一個奇特的想法出現在他的腦海里:時鐘的擺錘運動或許能證明地球在自轉。他想:如果地球不自轉,擺錘擺動時不受外力,將保持固定的擺動方向。如果地球自轉,擺錘將會受到重力、慣性等各方面因素,運動軌跡也會發生偏差。

傅科高興極了,馬上投入新的試驗中,經過反覆的試驗,傅科在家中成功完成了證明地球自轉的擺動實驗。他在家中天花板下,用兩米長的鋼絲吊了一個五公斤重擺錘,實驗開始時,擺錘開始擺動,傅科發現,擺錘的擺動軌跡發明細微的變化。他知道,自己終於找到了證明地球自轉的實驗方法!

傅科擺的實驗

緊接著,傅科將他的試驗公諸於世。1851年,他在巴黎先賢祠屋頂中央安放了一個擺長67米、以28公斤圓鐵球為擺錘的鐘擺裝置,鐵球的下方鑲了一枚尖針,下面放啟動栓和直徑6米的沙盤。傅科先把實驗原理告訴大家,每當擺錘經過沙盤上方的時候,擺錘上的指針就會在沙盤上面留下運動的軌跡。按照日常生活的經驗,如果地球不自轉的話,這個碩大無朋的擺應該在沙盤上面畫出唯一一條軌跡。實驗開始了,人們驚奇的發現,傅科設置的擺每經過一個周期的震蕩,在沙盤上畫出的軌跡都會偏離原來的軌跡(準確地說,在這個直徑6米的沙盤邊緣,兩個軌跡之間相差大約3毫米)。由此擺錘的運動軌跡實驗可以證明地球是自轉的。

現場觀眾大為嘆服,甚至有人高呼:「偉大的哥白尼!了不起的傅科!」從此,傅科擺走入了科學的殿堂,人們為了紀念這次偉大的擺動實驗,傅科擺由此而得名。

責任編輯: 王和   來源:蝌蚪五線譜 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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