傅科摆

用以证明地球绕轴自转的装置。法国物理学家傅科(J.B.L.Foucault,1819～1868)发明。主要用一根69m长的钢绳悬挂一个28kg重的铁球构成。以此证明地球自转角速度为15°/h。此实验首次作于1851年巴黎。但傅科摆的偏转速度为15°sinφ/h。

傅科摆fukebai

为了证明地球在自转，法国物理学家傅科(Jean Bernard Leon Foucault 1819—1868)于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行，摆长60米，摆锤重28公斤，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。在傅科摆实验中，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在沿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。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15t sin来求，单位是度。式中代表当地地理纬度，t为偏转所用的时间，用小时作单位，因为1小时等于15°，所以，为了换算，公式中乘以15。

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傅科摆fukebai

用来显示地球自转效应的单摆。如果不考虑地球自转的影响，通常的单摆只受重力和悬线张力的作用，它的运动平面是不转动的。对于傅科摆，作用在它的摆锤上的力，除了重力和悬挂线的张力以外，还必须考虑由于地球自转而产生的科里奥利力的作用，人们发现它的摆动平面会慢慢地相对于地面旋转，这个实验是地球自转的直接证明。傅科摆的摆动平面旋转的原因如下：如图1，设一单摆悬挂在纬度为λ的北半球上，当摆在图示的子午平面内由北向南运动时，它将受到自东向西的科里奥利力的作用，使摆的摆动平面作顺时针偏转；当摆作自南向北的运动时，摆受到自西向东的科里奥利力作用，它的摆动平面继续作顺时针偏转，摆锤的运动轨迹如图2所示。可以算出，摆动平面的角速度为ωsinλ，其中ω为地球自转角速度，λ为单摆所在地的纬度。由此可知摆动平面转动的周期T=2π/ωsinλ。

图2

因为2π/ω等于一天，所以在纬度为λ的地方，傅科摆平面每转动一周需要时间为1/sinλ天。如果将傅科摆挂在北极(λ=90°)，站在地面上的观察者将看到，摆动面以顺时针方向（即与地球转动方向相反），每天旋转一周。傅科摆与普通单摆相似，不过其摆锤的悬线可以在任何铅垂面内自由摆动，因而要有特殊的悬挂机构。由于地球的自转角速度ω很小，所以傅科摆的摆动平面的转动是很缓慢的。为了显示摆动平面的转动，必须使摆作长时间的摆动，因而其悬挂点必须几乎没有摩擦，摆锤必须做得很重，摆的悬线必须很长，以减小空气阻力的影响。法国实验物理学家傅科(J.B.L.Foucault,1819～1868)于1851年首先在巴黎(λ=48°51′)进行实验。他使用质量为28千克的铁球作为摆锤，摆长67米，测得摆动平面转动的周期是32小时，与理论预期值很好吻合，为地球自转提供了一个有力的证据。

傅科摆

证实地球自转的仪器。法国物理学家傅科(Jean Bernard Léon Foucault,1819—1868)发明。由长10几米的细钢丝和重球组成。地球自转使摆平面相对地面的方向改变，周期因纬度而异(两极为24小时，赤道为0)。