Маятник Фуко – что это и с чем его едят?

За проведение опыта с маятником Жан Фуко был удостоен Ордена Почетного легиона – высшей награды Франции.

Он получил свое название от фамилии французского физика-астронома и используется для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Впервые эксперимент с маятником был проведен Жаном Фуко в подвале дома ночью, в январе 1851 года. К вершине свода погреба он прикрепил двухметровую проволоку из закаленной стали и подвесил на ней 5-килограммовый латунный шар. Отведя шар в сторону, зафиксировав его с помощью нити возле одной из стен, Фуко пережег нить, предоставив маятнику возможность свободно качаться. И уже через полчаса он стал свидетелем вращения Земли. На следующем этапе своего эксперимента ученый взял груз уже весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза Жан Фуко закрепил металлическое острие. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника острый стержень, закрепленный снизу груза, сбрасывал песок приблизительно в 3 мм от предыдущего места. Через пару часов стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11 градусов, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Фуко таким образом доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник не показывал бы изменения плоскости колебаний. После того как эксперимент был повторен в узком кругу лиц, будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже.

География маятников

После эксперимента французского астронома маятник Фуко стали использовать по всему миру. Существующие приборы сконструированы по одному и тому же принципу и различаются между собой разве что техническими параметрам да дизайном площадок, на которых установлены.

С 1931 до 1986 года маятник Фуко длиной 98 м можно было увидеть в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге. Во время проведения экскурсии посетители могли наблюдать за экспериментом: плоскость вращения подвешенного под куполом маятника поворачивалась, и стержень сбивал спичечный коробок на полу поодаль от плоскости вращения. В 1986 году маятник сняли и убрали в подвал Исаакиевского собора в связи с неисправностью подвесного механизма. На крюк под куполом поместили голубя – изначального обитателя этого места. 30 лет маятник Фуко находился в хранилище, но в прошлом году его достали вновь. Ко Дню космонавтики была запланирована единственная демонстрация его работы, а потом он стал частью музейной экспозиции. Директор ГМП «Исаакиевский собор» Николай Буров предлагал властям города показывать маятник на площади перед собором, но эта инициатива не нашла поддержки. Кстати, маятник, висевший в Исаакиевском соборе, был самым большим в мире. Длина его нити – 98 м, а весит бронзовый маятник 54 кг.

Сегодня в нашей стране на действующий маятник Фуко, кроме новосибирского планетария, можно просмотреть также в московском планетарии (здесь находится маятник с длиной нити 16 м и массой шара 50 кг), Сибирском федеральном университете (длина нити – 20 м). Прямо сейчас качаются маятники в Санкт-Петербургском (длина нити – 8 м) и Волгоградском (массой 12 кг и длиной нити 8,5 м) планетариях, а также в атриуме седьмого этажа Фундаментальной библиотеки МГУ, в Приволжском федеральном университете в Казани. Еще один маятник Фуко находится в Барнауле в АлтГТУ им. И.И. Ползунова на кафедре экспериментальной физики. Длина его нити составляет 5,5 м.

В Беларуси маятники Фуко установлены в Белорусском государственном педагогическом университете им. Максима Танка (длина нити – 7,5 м) и на мемориальном комплексе «Буйничское поле» в городе Могилеве. Действующий маятник в настоящее время есть в Техническом университете Молдовы.

Всего в мире моделей маятников Фуко около 20, в том числе в США, Франции, Румынии, Австралии, Кувейте и других странах. Гигантские маятники такого рода сегодня являются обычными экспонатами в некоторых крупных музеях, включая Смитсоновский музей в Вашингтоне и Музей науки в Лондоне. Есть свой маятник и в штаб-квартире Организации объединенных наций в Нью-Йорке, а самый высокий из действующих маятников Фуко в мире размещен в Орегонском Конференц-центре, длина его нити – 27,4 м.

Повторить опыт астронома в домашних условиях – реально

Редакция журнала «Всё о новостройках» изучила способы изготовления маятника Фуко в домашних условиях. Приведенные варианты могут пригодиться, к примеру, для наглядной демонстрации детям суточного вращения Земли.

Вариант 1. Привяжите к карандашу нитку с небольшим круглым грузом, например, с гайкой. Положите на стол линейку и, держа карандаш горизонтально, подтолкните маятник, чтобы он качался вдоль линейки. Далее нужно постепенно поворачивать карандаш в горизонтальной плоскости. Поворот карандаша не повлияет на маятник, он будет по-прежнему качаться вдоль линейки. Во время этого опыта не должно быть ветра, сквозняка, которые могли бы оказать влияние на маятник.

Вариант 2. Можно перевернуть вверх ногами табурет и укрепить на концах двух его ножек, по диагонали, какую-либо деревянную палку или металлическую трубку, ровно по середине данной конструкции необходимо привязать маятник. Заставьте его двигаться так, чтобы плоскость его качания проходила между ножек табурета. Медленно поворачивайте табурет вокруг его вертикальной оси. Теперь маятник качается уже в другом направлении. На самом деле он качается все так же, а изменение произошло из-за поворота самого табурета, который в данном опыте играет роль планеты Земля.

Вариант 3. Возьмите деревянную доску длиной 50–60 см, шириной 12–15 см и толщиной 2–3 сантиметра. Укрепите на ней П-образную подставку из узких деревянных реек. Высота подставки должна быть около 30–40 см. В середине верхней перекладины просверлите вертикальное отверстие и вставьте в него кусочек проволоки, загнув верхний конец, чтобы он держался в отверстии. Нижний конец проволочки согните крючком, на нем будет подвешен маятник. Этот крючок должен свободно вращаться в своем гнезде. На тонком шнурке подвесьте к крючку какой-нибудь тяжелый груз (большую гайку или шарик от подшипника, завернув его в ткань). Раскачайте маятник так, чтобы его размах не превышал длины подставки. Поворачивая подставку вокруг ее вертикальной оси против часовой стрелки, вы тем самым повторите в миниатюре вращение Земли с запада на восток. Таким образом, модель Земли поворачивается, а маятник продолжает колебаться в той плоскости, в которой он был запущен.