МАЯТНИК ФУКО - устройство, наглядно демонстрирующее вращение Земли. Его изобретение приписывают Ж. Фуко (1819-1868). Вначале опыт был выполнен в узком кругу, но так заинтересовал Л. Бонапарта (позднее ставшего Наполеоном III, французским императором), что он предложил Фуко повторить его публично в грандиозном масштабе под куполом Пантеона в Париже. Эту публичную демонстрацию, устроенную в 1851, и принято называть опытом Фуко.


ЗНАМЕНИТЫЙ ОПЫТ ФУКО, проведенный в Пантеоне в Париже в 1851, который продемонстрировал, что Земля вращается вокруг своей оси. Маятник представлял собой груз B весом 28 кг, подвешенный под куполом здания на проволоке A длиной 67 м. При освобождении маятника он начинал качаться вдоль линии C. При каждом последующем качании маятник сбрасывал песок, насыпанный сверху на ограждение, приблизительно в 3 мм от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа маятник прошел уже по линии D.

Под куполом здания Фуко подвесил металлический шар массой 28 кг на стальной проволоке длиной 67 м. В отличие от часового маятника, который может качаться только в одной плоскости, у маятника Фуко верхний конец проволоки был закреплен таким образом, чтобы он мог качаться одинаково свободно во всех направлениях. Под маятником было сделано круговое ограждение радиусом 6 м с центром прямо под точкой подвеса. На ограждение был насыпан песок, чтобы при каждом качании прикрепленное под шаром маятника металлическое острие могло сметать его на своем пути. Чтобы обеспечить пуск маятника без бокового толчка, его отвели в сторону и привязали веревкой. После того как маятник после привязывания пришел в состояние полного покоя, веревку пережгли и маятник пришел в движение. Маятник такой длины совершает одно полное колебание за 16,4 с, и вскоре стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. При каждом следующем качании металлическое острие сметало песок примерно в 3 мм от предыдущего места. За час плоскость качания повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 ч совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Эта впечатляющая демонстрация приводила зрителей прямо-таки в истерику; им казалось, что они чувствуют вращение Земли под ногами. Чтобы выяснить, почему маятник ведет себя таким образом, рассмотрим песочное кольцо. Северная точка кольца находится в 3 м от центра, и, учитывая, что Пантеон находится на 48°51' северной широты, эта часть кольца на 2,3 м ближе к земной оси, чем центр. Поэтому при повороте Земли на 360° в течение 24 ч северный край кольца будет двигаться по кругу меньшего радиуса, чем центр, и за сутки пройдет на 14,42 м меньше. Следовательно, разность скоростей этих точек равна 1 см/мин. Точно так же южный край кольца движется на 14,42 м в сутки, или на 1 см/мин, быстрее, чем центр кольца. Благодаря этой разности скоростей линия, соединяющая северную и южную точки кольца, всегда остается направленной с севера на юг.


МАЯТНИК ФУКО (справа вверху), изображен в сильно увеличенном виде относительно размера Земли приблизительно на широте (f) Парижа. Радиус окружности из песка под маятником равен r; расстояние от земной оси до центра окружности равно R. Пользуясь формулой, приведенной в тексте, можно вычислить, насколько при вращении Земли южный край песочной окружности движется быстрее северного.

На земном экваторе северный и южный концы столь небольшого пространства находились бы на одном расстоянии от земной оси и, следовательно, двигались с одинаковой скоростью. Поэтому поверхность Земли не вращалась бы вокруг вертикального столба, стоящего на экваторе, а маятник Фуко качался бы по одной и той же линии. Скорость вращения плоскости качания была бы равна нулю, а время полного оборота было бы бесконечно большим. Если бы маятник был установлен точно на одном из географических полюсов, то оказалось бы, что плоскость качания поворачивается точно на 15° каждый час и совершает полный оборот на 360° за 24 ч. (Поверхность Земли поворачивается на 360° в сутки вокруг земной оси.)

ЛИТЕРАТУРА: Верин А. Опыт Фуко. Л. - М., 1934

Жан Бернар Леон Фуко сконструировал прибор, состоящий из пятикилограммового шара из латуни, подвешенного к потолку на стальной проволоке длиной два метра. Качнув шар, Фуко наблюдал поворот плоскости качания его на несколько градусов. Хотя никаких оснований для этого не было. Таким образом, Фуко сделал выводы, что наблюдается не что иное, как вращение Земли. В два часа ночи Фуко сделал запись своего наблюдения в рабочем журнале. А позднее, 3 февраля этого же года, Фуко пригласил академиков в Парижскую обсерваторию для наблюдения за вращением Земли и продемонстрировал свой прибор, названный впоследствии маятником Фуко.

Маятник в парижском Пантеоне представлял собой металлический шар массой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке длиной 67 м. Крепление маятника позволяло ему свободно колебаться во всех направлениях. Под точкой крепления было сделано шестиметровое круговое ограждение, по краю которого была насыпана песчаная дорожка, чтобы маятник в своём движении мог при её пересечении прочерчивать на песке отметки. Чтобы избежать бокового толчка при пуске маятника, его отвели в сторону и привязали верёвкой, после чего верёвку пережгли.

Период колебания маятника при такой длине подвеса составлял 16,4 секунд, при каждом колебании отклонение от предыдущего пересечения песчаной дорожки составляло ~3 мм, за час плоскость колебаний маятника повернулась более чем на 11° по часовой стрелке. Эксперимент вошел в историю науки, наглядно подтвердив гипотезу о вращении Земли.

В Исаакиевском соборе Санкт-Петербурга маятник Фуко был запущен в ночь с 11 на 12 апреля 1931 года.