Большая советсткая энциклопедия Фуко маятник

Фуко маятник

Фуко маятник, маятник, используемый для демонстраций, подтверждающих факт суточного вращения Земли. Ф. м. представляет собой массивный груз, подвешенный на проволоке или нити, верхний конец которой укреплен (например, с помощью карданного шарнира) так, что позволяет маятнику качаться в любой вертикальной плоскости. Если Ф. м. отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то, поскольку действующие на груз маятника силы тяжести и натяжения нити лежат всё время в плоскости качаний маятника и не могут вызвать её вращения, эта плоскость будет сохранять неизменное положение по отношению к звёздам (к инерциальной системе отсчёта, связанной со звёздами). Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с нею, будет видеть, что плоскость качаний Ф. м. медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. Этим и подтверждается факт суточного вращения Земли.

На Северном или Южном полюсе плоскость качаний Ф. м. совершит поворот на 360° за звёздные сутки (на 15° за звёздный час). В пункте земной поверхности, географическая широта которого равна j, плоскость горизонта вращается вокруг вертикали с угловой скоростью wsinj, где w — угловая скорость Земли. Поэтому видимая угловая скорость вращения плоскости качаний Ф. м. на широте j, выраженная в градусах за звёздный час, имеет значение w_м = 15° sinj, т. е. будет тем меньше, чем меньше j, и на экваторе обращается в нуль (плоскость не вращается). В Южном полушарии вращение плоскости качаний будет наблюдаться в сторону, противоположную наблюдаемой в Северном полушарии.

Теоретически движение Ф. м. изучают, вводя для учёта суточного вращения Земли Кориолиса силу. Более точные расчёты показывают при этом, что нить маятника движется не в одной плоскости, а описывает коническую поверхность, и когда запуск маятника производится из точки максимального отклонения, он всегда минует положение равновесия, проходя правее от него (в Северном полушарии). Для w_м уточнённый расчёт даёт значение

w_м = 15° [1 - ³/₈ (a/l)²] sinj,

где a — амплитуда колебаний груза маятника, l — длина нити. Добавочный член, уменьшающий угловую скорость, тем меньше, чем больше l. Поэтому для демонстраций опыта целесообразно применять Ф. м. с возможно большей длиной нити (в несколько десятков м). Первый такой маятник, сооруженный Ж. Б. Л. Фуко в Пантеоне в Париже в 1851, имел длина 67 м; л. Ф. м. в Исаакиевском соборе в Ленинграде 98 м.

Лит.: Бухгольц Н. Н., Основной курс теоретической механики, ч. 1, М., 1972, гл. 4, § 39; Верин А., Опыт Фуко, Л. — М., 1934.