Biurkowy model roboczy wahadła Foucaulta. Jak wytłumaczyć dziecku, czym jest „wahadło Foucaulta”.

Kożewnikow Jewgienij

Celem pracy jest usystematyzowanie zebranych informacji i stworzenie stacjonarnej instalacji demonstracyjnej wahadła Foucaulta.

Pobierać:

Zapowiedź:

Regionalny konkurs dla młodych badaczy „Krok w przyszłość”

Temat: „Wahadło Foucaulta”

Zakończony:

Kożewnikow Jewgienij Aleksandrowicz

9 klasa "B" MBOU "Szkoła Średnia nr 6"

Kierownik:

Davydova Irina Nikołajewna

Nauczyciel fizyki MBOU „Szkoła Średnia nr 6”

Kolczugino

2012

Wprowadzenie 3

1.1. Historia powstania wahadła Foucaulta 3

1.2. Eksperyment Foucaulta 5

1.2.1. Demonstracja doświadczenia 5

1.2.2. Zasada działania wahadła 6

1.3. Biografia J.B.L. Foucaulta 6

1.4. Działanie wahadeł Foucaulta 7

1.4.1. Wahadła operacyjne w Rosji i krajach WNP 7

1.4.2. Wahadła operacyjne w innych krajach 9

1,5. Ciekawe fakty 11

2. Część praktyczna 11

2.1. Modele wahadeł, które możesz wykonać samodzielnie 11

2.2. Model wahadła zgłoszony do konkursu 13

Wniosek 14

Referencje 15

Wstęp

O istnieniu wahadła Foucaulta dowiedziałem się na lekcjach fizyki w 9. klasie (temat „Dscylacje i fale”). A potem obejrzałem program telewizyjny „Galileo”, w którym zobaczyłem model wahadła wykonany przez rzemieślników programu. I postanowiłem sprawdzić, czy sam byłbym w stanie wykonać taki działający model. W tym celu zbierałem i przestudiowałem informacje z różnych źródeł: książek, mediów, Internetu. Materiał był na tyle ciekawy, że postanowiłam go usystematyzować i samodzielnie wykonać model.

Celem pracy jest usystematyzowanie zebranych informacji i stworzenie stacjonarnej instalacji demonstracyjnej wahadła. W pracy przedstawiłem materiał dotyczący historii powstania wahadła, jego pierwszej demonstracji, zasady działania, różnych typów modeli wahadeł powstających na całym świecie, a do rozpatrzenia jury oddaję model wahadła wykonany przeze mnie.

Swoją pracę zaprezentowałam na lekcji fizyki przed kolegami z klasy oraz na szkolnej konferencji naukowo-praktycznej „Drogi Odkryć” i otrzymałam certyfikat za zwycięstwo w kategorii „Fizyka Stosowana”.

1.1 Historia powstania wahadła Foucaulta

Okazuje się, że nie tylko Galileusz uwielbiał przyglądać się kołysaniu lamp w katedrze. Tę pasję przekazał swojemu uczniowi Vincenzo Viviani. W 1660 r., w przeciwieństwie do Galileusza, zwrócił uwagę na inną cechę oscylacji wahadła na długiej nici.

Okazuje się, że płaszczyzna ich wahania stale się odchyla i zawsze w tym samym kierunku - zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jeśli spojrzeć na wahadło od góry do dołu. A w 1664 roku naukowiec z Padwy Giovanni Poleni powiązał to odchylenie z obrotem Ziemi - mówią, że Ziemia się obraca, ale płaszczyzna oscylacji wahadła pozostaje ta sama. Ludzie stojący na Ziemi obserwują to jako odchylenie płaszczyzny wahań wahadła.

Okazuje się jednak, że tę właściwość wahadła znali także wszechobecni starożytni. Rzeczywiście, nowe jest dobrze zapomnianym starym. Tak napisał o tym rzymski naukowiec Pliniusz Starszy, żyjący w I wieku n.e. w swojej „Historii naturalnej”. N. np.: „Można ustawić kompas bez magnesu. Aby to zrobić, musisz wziąć wahadło i sprawić, by obracało się w określonym kierunku. Kiedy statek się obróci, wahadło utrzyma kierunek nadany mu podczas wahań” (ryc. 1).

Ryż. 1. Kompas Pliniusza Starszego na statku Ryc. 2. Pręt zaciśnięty w sposób obrotowy

Patrone, nie zmienia płaszczyzny oscylacji

Trzeba powiedzieć, że coś w radzie Pliniusza budzi wątpliwości. Po pierwsze, Pliniusz nie mógł wiedzieć o kompasie, w Europie dowiedzieli się o nim znacznie później, a przynajmniej nadali mu taką nazwę. Tak wiele z tego, co przypisuje się Pliniuszowi, mogło równie dobrze zostać wniesione przez tłumacza jego dzieł z łaciny w XVIII wieku. Po drugie, wahadło nie może przez tak długi czas nie zmieniać płaszczyzny swoich drgań, nie da się zrobić idealnego zawieszenia, a otaczające je powietrze będzie powodować zakłócenia. I po trzecie, obrót Ziemi sam w sobie „odchyli” płaszczyznę oscylacji wahadła, tak że statek „płynie” po okręgu. Ale tak czy inaczej Pliniusz zauważył, że wahadło zachowuje płaszczyznę swego wychylenia. I tę właściwość znakomicie wykorzystał francuski naukowiec Jean Bernard Leon Foucault (1819-1868), tworząc swoje słynne wahadła. Od dzieciństwa Foucault nie lubił się uczyć, wiedza była dla niego trudna. Ale miał złote ręce - robił zabawki, instrumenty, sam zbudował maszynę parową i dobrze pracował na tokarce.

Foucault zauważył kiedyś, że jeśli zaciśniemy długi, elastyczny pręt stalowy w uchwycie maszynowym i wprawimy go w wibracje (rys. 2), płaszczyzna oscylacji nie zmieni się nawet przy gwałtownym obrocie uchwytu. Zainteresowany tym zjawiskiem Foucault najpierw zaczął obserwować zachowanie tego samego pręta w obracającym się wkładzie, a następnie dla wygody zdecydował się zastąpić go wahadłem.

Pierwsze eksperymenty z wahadłem Foucault przeprowadził w piwnicy swojego domu w Paryżu. Do szczytu piwnicznego sklepienia przymocował dwumetrowy drut z hartowanej stali i zawiesił na nim pięciokilogramową mosiężną kulę. Odsuwając piłkę na bok, mocując ją nitką w pobliżu jednej ze ścian, Foucault spalił nić, dając wahadłu możliwość swobodnego kołysania się. I w ciągu pół godziny był świadkiem obrotu Ziemi.

Stało się to 8 stycznia 1851 r. A kilka dni później Foucault powtórzył swoje doświadczenie w Obserwatorium Paryskim na prośbę jego dyrektora, słynnego francuskiego naukowca Arago. Tym razem długość drutu wynosiła już 11 m. A odchylenie płaszczyzny wychylenia wahadła było jeszcze bardziej zauważalne.

O doświadczeniu Foucaulta mówiło się wszędzie. Każdy chciał na własne oczy zobaczyć obrót Ziemi. Doszło do tego, że prezydent Francji, książę Ludwik Napoleon, postanowił przeprowadzić ten eksperyment na naprawdę gigantyczną skalę, aby zademonstrować go publicznie. Foucaultowi powierzono budowę paryskiego Panteonu o wysokości kopuły 83 m.

1.2. Doświadczenie Foucaulta

1.2.1. Demonstracja doświadczenia

Pierwszą publiczną demonstrację przeprowadził Jean Foucault w 1851 roku w Panteonie w Paryżu (ryc. 3): pod kopułą Panteonu zawiesił metalową kulę o masie 28 kg z przymocowanym do niej czubkiem na stalowym drucie o długości 67 m ;mocowanie wahadła umożliwiało jego swobodne oscylowanie we wszystkich kierunkach, pod punktem mocowania wykonano okrągły płot o średnicy 6 metrów, wzdłuż krawędzi płotu wysypano ścieżkę piasku tak, aby wahadło w swoim ruchu , podczas przechodzenia przez nią mógł zostawiać ślady na piasku. Aby uniknąć bocznego pchnięcia podczas uruchamiania wahadła, odniesiono je na bok i związano liną, po czym linę spalono.

Okres oscylacji wahadła przy takiej długości zawieszenia wynosił 16,4 sekundy, przy każdym oscylacji odchylenie od poprzedniego przecięcia drogi piasku wynosiło ~3 mm, w ciągu godziny płaszczyzna oscylacji wahadła obróciła się o ponad 11° w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara , czyli po około 32 godzinach wykonał pełny obrót i powrócił do poprzedniej pozycji.

1.2.2. Zasada działania wahadła

Zasada działania wahadła Foucaulta polega na tym, że przy każdym oscylacji odchyla się ono od zadanej trajektorii na skutek obrotu Ziemi wokół własnej osi; efekt ten jest najbardziej zauważalny na biegunach planety i nie jest zauważalny wcale na równiku . Im większe wahadło, tym bardziej zauważalny jest efekt odchylenia. Jeśli pracujące wahadło, a raczej rama, zacznie się obracać, to wahadło utrzymuje swoje położenie, to samo dzieje się z Ziemią, obraca się pod wahadłem i wydaje się, że wahadło zmienia kierunek swoich oscylacji, ale w rzeczywistości wahadło po prostu utrzymuje swoje położenie, a Ziemia się obraca. Ponieważ wahadło nie jest sztywno połączone z ramą, rama obraca się wraz z podłożem, a wahadło utrzymuje swoje położenie.

1.3. Biografia J.B.L. Foucaulta

FOUCAULT Jean Bernard Leon (1819-1868), francuski fizyk, znany ze swoich eksperymentów z optyki i mechaniki. Urodzony 18 września 1819 w Paryżu. Podstawowe wykształcenie otrzymał w domu. Pod naciskiem ojca studiował medycynę, ale zainteresował się fizyką eksperymentalną. Od 1845 r. felietonista naukowy gazety „Journal of Discussions” („Journal des Dbats”), od 1855 r. pracownik Obserwatorium Paryskiego, od 1862 r. członek Biura Długości Geograficznych. Badania podstawowe dotyczą optyki, mechaniki, elektromagnetyzmu. Wraz z A. Fizeau przeprowadził szereg badań optycznych, z których najbardziej znaną była obserwacja interferencji światła o dużej różnicy dróg. W latach 1849-1850 zmierzył prędkość światła w powietrzu i wodzie za pomocą szybko obracającego się zwierciadła. Te pomiary porównawcze ostatecznie potwierdziły falową naturę światła. W 1851 roku za pomocą wahadła (wahadła Foucaulta) zademonstrował obrót Ziemi wokół własnej osi. W 1852 roku wynalazł żyroskop, obecnie szeroko stosowany w technice i nawigacji. W 1855 roku odkrył nagrzewanie materiału przewodzącego za pomocą wirowych prądów indukcyjnych (prądów Foucaulta) i zaproponował sposób na ich redukcję. Opracował precyzyjną metodę wykonywania zwierciadeł do dużych reflektorów i zaproponował stosowanie lżejszych i tańszych zwierciadeł szklanych powlekanych srebrną folią zamiast metalowych. Inne wynalazki Foucaulta obejmowały automatyczny regulator światła lampy łukowej, fotometr i pryzmat polaryzacyjny odpowiedni do stosowania w obszarze UV. Foucault był członkiem Królewskiego Towarzystwa Londyńskiego, Berlińskiej Akademii Nauk; Za osiągnięcia naukowe został odznaczony Medalem Copley’a.

1.4. Funkcjonujące wahadła Foucaulta

1.4.1. Wahadła operacyjne w Rosji i krajach WNP

24 lutego 2011 roku pojawił się model wahadłaKijów. Jest zainstalowany w (ryc. 4). Kula z brązu waży 43 kilogramy, a długość nici wynosi 22 metry. Wahadło Foucaulta w Kijowie uważane jest za największe w WNP i jedno z największych w Europie.

Otwarte 12 czerwca 2011 rPlanetarium w Moskwie , w którym zamontowane jest działające wahadło Foucaulta o długości gwintu 16 metrów i masie kulki 50 kilogramów (ryc. 5).

Otwarty 8 lutego 2012 rokuNowosybirski kompleks astrofizyczny , w którym znajduje się wieża Foucaulta z wahadłem o długości 15 metrów.

W naszej ofercie dostępne jest działające wahadło Foucaulta o długości gwintu 20 metrówSyberyjski Uniwersytet Federalny (Krasnojarsk ).

Działające wahadło Foucaulta o wadze 12 kilogramów i długości gwintu 8,5 metra jest dostępne w Planetarium w Wołgogradzie.

Działające wahadło Foucaulta znajduje się obecnie w Planetarium w Petersburgu. Długość jego nici wynosi 8 metrów.

WAHADŁO FOUCAULTA, urządzenie, które wyraźnie pokazuje obrót Ziemi. Jego wynalazek przypisuje się J. Foucaultowi (1819–1868). Początkowo eksperyment prowadzono w wąskim kręgu, jednak L. Bonaparte (późniejszy cesarz Francji Napoleon III) był tak zainteresowany, że zaprosił Foucaulta, aby powtórzył go publicznie z wielką skalą pod kopułą Panteonu w Paryż. Ta publiczna demonstracja zorganizowana w 1851 roku jest powszechnie nazywana eksperymentem Foucaulta.

Pod kopułą budynku Foucault zawiesił metalową kulę o masie 28 kg na stalowym drucie o długości 67 m. W przeciwieństwie do wahadła zegarowego, które może wahać się tylko w jednej płaszczyźnie, wahadło Foucaulta miało górny koniec drutu zamocowany w taki sposób tak, aby mógł się równie swobodnie kołysać we wszystkich kierunkach. Pod wahadłem wykonano płot okrągły o promieniu 6 m, którego środek znajduje się bezpośrednio pod punktem zawieszenia. Na płot wysypywano piasek, tak aby przy każdym zamachu metalowa końcówka przymocowana pod kulą wahadła mogła go zmieść z drogi. Aby zapewnić wystrzelenie wahadła bez bocznego pchnięcia, przeniesiono je na bok i związano liną. Po tym jak wahadło po związaniu osiągnęło stan całkowitego spoczynku, lina uległa spaleniu i wahadło zaczęło się poruszać.

Wahadło o tej długości wykonuje pełny obrót w ciągu 16,4 s i wkrótce stało się jasne, że płaszczyzna wahadła obraca się względem podłogi zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Przy każdym kolejnym zamachu metalowa końcówka usuwała piasek w odległości około 3 mm od poprzedniego miejsca. W ciągu godziny płaszczyzna obrotu obróciła się o ponad 11°, a po około 32 godzinach wykonała pełny obrót i wróciła do poprzedniego położenia. Ten imponujący pokaz wprawił publiczność w wręcz histerię; wydawało im się, że czują pod stopami obrót Ziemi.

Aby dowiedzieć się, dlaczego wahadło zachowuje się w ten sposób, rozważmy pierścień piasku. Północny punkt pierścienia znajduje się 3 m od środka, a biorąc pod uwagę, że Panteon znajduje się na 48°51° szerokości geograficznej północnej, ta część pierścienia znajduje się 2,3 m bliżej osi Ziemi niż od środka. Dlatego też, gdy Ziemia obróci się o 360° w ciągu 24 godzin, północna krawędź pierścienia będzie poruszać się po okręgu o mniejszym promieniu niż środek i pokonuje dziennie o 14,42 m mniej. Zatem różnica prędkości pomiędzy tymi punktami wynosi 1 cm/min. Podobnie południowa krawędź pierścienia porusza się 14,42 m dziennie, czyli 1 cm/min, szybciej niż środek pierścienia. Dzięki tej różnicy prędkości linia łącząca północne i południowe punkty pierścienia pozostaje zawsze skierowana z północy na południe.

Na równiku ziemskim północne i południowe krańce tak małej przestrzeni znajdowałyby się w tej samej odległości od osi Ziemi, a zatem poruszałyby się z tą samą prędkością. Dlatego powierzchnia Ziemi nie obracałaby się wokół pionowego filaru stojącego na równiku, a wahadło Foucaulta wahałoby się wzdłuż tej samej linii. Prędkość obrotowa płaszczyzny wahadłowej wynosiłaby zero, a czas pełnego obrotu byłby nieskończenie długi. Gdyby wahadło zostało zamontowane dokładnie na jednym z biegunów geograficznych, okazałoby się, że płaszczyzna obrotu obraca się dokładnie o 15° na godzinę, a w ciągu 24 godzin wykonuje pełny obrót o 360° (Powierzchnia Ziemi obraca się o 360° dziennie wokół osi Ziemi.)

Byliśmy świadkami, jak po raz kolejny Kościół i państwo, sprzeciwiając się lub odwrotnie, znajdując pełne wzajemne zrozumienie, wyraźnie demonstrują to swoim obywatelom i parafianom tak szerokimi gestami, że wywołują falę ruchu protestacyjnego u obu. Podniesiony i szeroko dyskutowany status katedry św. Izaaka, wahadła w katedrzewznowienie nabożeństw i trwająca praca edukacyjna muzeum-zabytku, jako argument antyreligijny, wprowadza zamieszanie i niezgodę wśród niespokojnych mieszkańców miasta. Jaka jest istota sporu?

Katedra św. Izaaka w czasach caratu

Architekt Auguste Montferrand i konstrukcja jego pomysłu, nowa, czwarta z rzędu,Katedra zbudowana w tym samym miejscu na cześć Izaaka Dalmacji była kontrolowana przez samego cesarza Mikołaja I . Prace projektowe rozpoczęte w 1818 roku, polegające na wprowadzeniu poprawek do wersji pierwotnej i budowie samej świątyni, były kontynuowane 40 lat.

W uroczystym poświęceniu katedry 30 maja 1858 roku wzięła udział rodzina cesarza Aleksandra II. Majestatyczny budynek zachwycał swoją wielkością i pięknem zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz. Żołnierze ustawili się w paradzie. Dla ludności na dwóch sąsiednich placach ustawiono trybuny. To było wielkie święto dla całego Petersburga.

Wkrótce obiekt przeszedł w ręce Ministerstwa Spraw Wewnętrznych i od 1883 r. podlegał podwójnemu podporządkowaniu: departamentowi prawosławnemu – „w sensie ekonomicznym”, Ministerstwu – „technicznie i artystycznie”. Wielokrotne prośby metropolitów obu stolic o przekazanie katedry św. Izaaka pod wyłączną kontrolę duchowieństwa spotkały się ze zdecydowaną odmową.

Do 1928 roku katedra św. Izaaka, uwolniona od kosztownych kosztowności kościelnych, należała do różnych wspólnot parafian. W czerwcu rozwiązano umowę z kolejną parafią, wstrzymano nabożeństwa, a budynek przekazano do użytku Glavnauka. 12 kwietnia 1931 roku otwarto tu muzeum propagandy antyreligijnej.

Budynek zaczął pełnić wyłącznie funkcje świeckie. Po renowacji na górze otwarto taras widokowy. Każdy obywatel ZSRR mógł teraz podziwiać piękno Leningradu z wysokości katedry św. Izaaka. Wahadło w katedrze, zainstalowany jako instrument naukowy do udowodnienia faktu, że Ziemia obraca się wokół własnej osi, wzbudził duże zainteresowaniemieszkańcy miasta i ich goście. Mało kto był podekscytowany faktem, że do jego montażu z wnętrza kopuły usunięto figurę gołębicy, czyli wizerunek Ducha Świętego.

W nocy 12 kwietnia 1931 roku 7000 widzów zebrało się, aby obejrzeć jego pierwszy start, z zainteresowaniem i głośno spierając się w oczekiwaniu na wynik: czy trafione piłką pudełko zapałek spadnie, czy nie. Naukazatriumfował nad religią: „Obraca się” i Wahadło Foucaulta w katedrze św. Izaakaudowodnił to ponad wszelką wątpliwość.

Co to jest wahadło Foucaulta?

Pierwszy taki eksperyment przeprowadził w 1851 roku Francuz Jean Foucault. Po próbnych biegach w piwnicy domu zademonstrował swoje doświadczenia pod kopułą Panteonu w obecności przyszłego cesarza Napoleona IIIi za zgodą Papieża.

Kiedy wahadło o masie 28 kg wypuszczono wzdłuż południka geograficznego w swobodne oscylacje na drucie o długości 67 metrów, jego metalowa końcówka zarysowała wylanydookoła piasek. Było jasne, że każde kolejne przybycie końcówki przesuwało się o kilka milimetrów w stosunku do poprzedniego. Po pewnym czasie stało się oczywiste, że płaszczyzna drgań wahadła się obraca. W ciągu jednej godziny kąt obrotu wyniósł 11 stopni.

Wahadło Foucaulta w katedrze św. Izaakao wadze 54 kg i długości liny 98 metrów obrócił płaszczyznę oscylacji o 13 stopni w ciągu godziny.

Wahadło w katedrze

W latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku Cerkiew prawosławna zaczęła odzyskiwać swoje wpływy. Kontrola ustaładla obywateli odwiedzających kościoły i występującychsakramenty kościelne. W święta najwyżsi urzędnicy uczestniczyli w nabożeństwach w stołecznej katedrze.

Na znak swojej lojalności wobec Kościoła państwo zwróciło uwagę na kościół św. IzaakaKatedra. Wahadło w katedrzezdemontowany pod prawdopodobnym pretekstem: awaria układu zawieszenia. Miało to miejsce w 1986 r., a cztery lata później wznowiono tu działalność usługową.

Urządzenie fizyczne Foucaulta, poświęcone w imię pokoju i harmonii między dwiema potężnymi strukturami władzy, państwem i kościołem, znajduje się w skarbcu muzeum. Gdzie wahadło zawisło w katedrze św. Izaaka w Petersburgu, gołąb znów leci.

W 2015 roku duchowni po raz trzeci (przed rewolucją dwukrotnie) podnosili kwestię przeniesienia katedry św. Izaaka do kościoła. Nie zabrakło publikacji, debat i wystąpień obywateli „za” i „przeciw”. Wreszcie w styczniu 2017 roku gubernator Petersburga ogłosił decyzję władz: „Rozwiązano kwestię przekazania soboru św. Izaaka na użytek Rosyjskiej Cerkwi Prawosławnej, ale budynek w pełni zachowa swoją funkcję muzealną i edukacyjną .”

Co będzie następne?

Każdy zrozumiał tę wypowiedź inaczej. Muzealnicy uznali to za likwidację muzeum. Doszło do protestów zwolenników muzeów i procesji religijnych przeciwników. Tak było, gdy wahadło Foucaulta zostało usunięte z katedry św. Izaaka, a władze ogłosiły swoją decyzję, nie przyniosło to ostatecznej jasności ani co do własności, ani przeznaczenia budynku.

Do chwili obecnej żadna ze stron nie osiągnęła ostatecznego zrozumienia statusu katedry. Wydaje się, że rząd wyrażając gotowość przekazania „Izaaki” w ręce cerkwi, od stycznia br. nie otrzymał w tej sprawie oficjalnego wniosku ze strony Rosyjskiej Cerkwi Prawosławnej. Pracownicy muzeum nie wiedzą, co robić: pakować eksponaty, czy rozpakowywać to, co już udało się zebrać. Media okresowo poruszają tę kwestię w kontaktach z dyrekcją muzeum, jednak zarówno ten pierwszy, jak i obejmujący urząd w czerwcu Jurij Mudrow wydają się nie mieć zielonego pojęcia o swojej przyszłości.Mieszkańcy protestują co jakiś czas.

Na razie możemy tylko śmiało powiedzieć, że dziś w budynku codziennie odprawiane są nabożeństwa i właśnie tam znajduje się muzeum”Katedra Świętego Izaaka”. Wahadło w katedrze wydaje się nadal się kołysać.

Wahadło Foucaulta – czym jest i z czym się je zjada?

Za przeprowadzenie eksperymentu z wahadłem Jean Foucault został odznaczony Legią Honorową, najwyższym odznaczeniem we Francji.

Swoją nazwę zawdzięcza nazwisku francuskiego fizyka-astronoma i służy do eksperymentalnego wykazywania codziennego obrotu Ziemi. Pierwszy eksperyment z wahadłem przeprowadził Jean Foucault nocą w piwnicy domu, w styczniu 1851 roku. Do szczytu piwnicznego sklepienia przymocował dwumetrowy drut z hartowanej stali i zawiesił na nim 5-kilogramową mosiężną kulę. Odsuwając piłkę na bok, mocując ją nitką w pobliżu jednej ze ścian, Foucault spalił nić, dając wahadłu możliwość swobodnego kołysania się. I w ciągu pół godziny był świadkiem obrotu Ziemi. W kolejnym etapie eksperymentu naukowiec wziął ładunek ważący już 28 kg i zawiesił go na szczycie kopuły na drucie o długości 67 m. Jean Foucault przymocował metalowy punkt do końca ładunku. Wahadło oscylowało nad okrągłym płotem, wzdłuż którego krawędzi wysypywano piasek. Przy każdym wychyleniu wahadła ostry pręt przymocowany do spodu obciążnika zrzucał piasek około 3 mm od poprzedniego miejsca. Po kilku godzinach stało się jasne, że płaszczyzna wahadła obraca się względem podłogi zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W ciągu godziny płaszczyzna oscylacji obróciła się o ponad 11 stopni, a po około 32 godzinach wykonała pełny obrót i wróciła do poprzedniej pozycji. Foucault udowodnił w ten sposób, że gdyby powierzchnia Ziemi się nie obracała, wahadło nie wykazywałoby zmiany płaszczyzny oscylacji. Po powtórzeniu eksperymentu w wąskim kręgu ludzi przyszły cesarz Francji Napoleon III zaprosił Foucaulta do publicznego powtórzenia eksperymentu pod kopułą Panteonu w Paryżu.

Geografia wahadeł

Na płaszczyznę obrotu wahadła wpływa szerokość geograficzna miejsca, w którym jest ono zainstalowane. Jeśli na przykład umieści się go na biegunie północnym lub południowym, w ciągu 24 godzin dokona rewolucji. A wahadło zamontowane na równiku w ogóle się nie obróci. Kolejnym czynnikiem jest długość zawieszenia. Długie wahadła obracają się szybciej.

Po eksperymencie francuskiego astronoma wahadło Foucaulta zaczęto stosować na całym świecie. Istniejące urządzenia są projektowane według tej samej zasady i różnią się między sobą jedynie parametrami technicznymi i projektem miejsc, w których są instalowane.

Od 1931 do 1986 roku w katedrze św. Izaaka w Petersburgu można było oglądać wahadło Foucaulta o długości 98 m. Podczas wycieczki zwiedzający mogli obserwować eksperyment: obrócono płaszczyznę obrotu wahadła zawieszonego pod kopułą, a pręt powalił pudełko zapałek na podłogę oddalone od płaszczyzny obrotu. W 1986 roku wahadło zdemontowano i umieszczono w podziemiach katedry św. Izaaka ze względu na awarię mechanizmu zawieszenia. Na haku pod kopułą umieszczono gołębicę, pierwotnego mieszkańca tego miejsca. Wahadło Foucaulta leżało w magazynie przez 30 lat, ale w zeszłym roku zostało ponownie wyjęte. Na Dzień Kosmonautyki zaplanowano pojedynczy pokaz jego prac, który następnie stał się częścią ekspozycji muzealnej. Dyrektor Państwowego Przedsiębiorstwa Miejskiego Katedra św. Izaaka Nikołaj Burow zaproponował władzom miasta wywieszenie wahadła na placu przed katedrą, jednak inicjatywa ta nie znalazła poparcia. Nawiasem mówiąc, wahadło wiszące w katedrze św. Izaaka było największe na świecie. Długość jego nici wynosi 98 m, a wahadło z brązu waży 54 kg.

Dziś w naszym kraju, oprócz planetarium w Nowosybirsku, działające wahadło Foucaulta można oglądać także w planetarium w Moskwie (jest wahadło o długości gwintu 16 m i masie kulki 50 kg) oraz na Syberyjskim Uniwersytecie Federalnym (długość nici wynosi 20 m). W tej chwili wahadła kołyszą się w planetariach w Petersburgu (długość sznurka - 8 m) i Wołgogradzie (o wadze 12 kg i długości sznurka 8,5 m), a także w atrium siódmego piętra Biblioteki Podstawowej Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego na Uniwersytecie Federalnym Wołgi w Kazaniu. Kolejne wahadło Foucaulta znajduje się w Barnauł na Państwowym Uniwersytecie Technicznym w Ałtaju. I.I. Połzunow na Wydziale Fizyki Doświadczalnej. Długość jego nici wynosi 5,5 m.

Największe wahadło Foucaulta w WNP i jedno z największych w Europie zostało zainstalowane na Politechnice Kijowskiej. Kula z brązu waży 43 kg, a długość nici wynosi 22 m.

Na świecie istnieje około 20 modeli wahadeł Foucaulta, m.in. w USA, Francji, Rumunii, Australii, Kuwejcie i innych krajach. Tego rodzaju gigantyczne wahadła są obecnie powszechnymi eksponatami w niektórych głównych muzeach, w tym w Smithsonian Museum w Waszyngtonie i Science Museum w Londynie. Własne wahadło posiada także siedziba Organizacji Narodów Zjednoczonych w Nowym Jorku, a najwyższe aktywne wahadło Foucaulta na świecie znajduje się w Oregon Convention Center, a jego nić ma 27,4 m długości.

Doświadczenia astronoma można powtórzyć w domu

Redaktorzy magazynu „All about New Buildings” badali sposoby wykonania wahadła Foucaulta w domu. Powyższe opcje mogą przydać się np. do wizualnego zademonstrowania dzieciom codziennego obrotu Ziemi.

Opcja 1. Przywiąż sznurek do ołówka o małej okrągłej wadze, na przykład orzecha. Połóż linijkę na stole i trzymając ołówek poziomo, popchnij wahadło tak, aby poruszało się wzdłuż linijki. Następnie musisz stopniowo obracać ołówek w płaszczyźnie poziomej. Obracanie ołówkiem nie ma wpływu na wahadło; nadal będzie się ono wahać wzdłuż linijki. Podczas tego eksperymentu nie powinno być żadnego wiatru ani przeciągu, który mógłby wpłynąć na wahadło.

Opcja 2. Możesz odwrócić stołek do góry nogami i przymocować drewniany drążek lub metalową rurkę na końcach jego dwóch nóg po przekątnej, a dokładnie na środku tej konstrukcji zawiązać wahadło. Spraw, aby poruszał się tak, aby płaszczyzna jego wahania przechodziła między nogami stołka. Powoli obracaj stołek wokół jego osi pionowej. Teraz wahadło wychyla się w inną stronę. Tak naprawdę kołysze się nadal w tę samą stronę, a zmiana nastąpiła na skutek obrotu samego stołka, który w tym eksperymencie pełni rolę planety Ziemia.

Opcja 3. Weź drewnianą deskę o długości 50–60 cm, szerokości 12–15 cm i grubości 2–3 centymetrów. Przymocuj do niego stojak w kształcie litery U wykonany z wąskich drewnianych listew. Wysokość stojaka powinna wynosić około 30–40 cm, wywierć pionowy otwór na środku górnej poprzeczki i włóż do niego kawałek drutu, zaginając górny koniec, aby utrzymać go w otworze. Zegnij dolny koniec drutu za pomocą haka, wahadło zostanie na nim zawieszone. Hak ten powinien swobodnie obracać się w gnieździe. Za pomocą cienkiego sznurka zawieś na haczyku duży ciężar (duża nakrętka lub kulka z łożyska owinięta tkaniną). Rozchylaj wahadło tak, aby jego wychylenie nie przekraczało długości stojaka. Obracając stojak wokół jego osi pionowej w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, powtórzysz w miniaturze obrót Ziemi z zachodu na wschód. W ten sposób model Ziemi obraca się, a wahadło nadal oscyluje w płaszczyźnie, w której zostało wystrzelone.