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傅科摆是全国科学技术名词审定委员会审定、公布的一个科技名词。

语言文字是一个民族文化的结晶。这个民族[1]过去的文化靠着它来流传,未来的文化也仗着它来推进,从大约是在公元前14世纪,殷商后期的“甲骨文”被认为是“汉字”的第一种形式[2]西周后期,汉字发展演变为大篆,后秦始皇统一中国,中国文字才逐渐走上了发展的道路,直至今天。

名词解释

傅科摆是一个单摆,底板有一个量角器。单摆振动时,振动面依理应保持不变,但因地球在自转,在地面上的观察者,不能发觉地球在转,但在相当长的时期内,却发现摆的振动面不断偏转。从力学的观点来看,这也是由于受到了科里奥利力影响的缘故。这项显示地球自转的装置,是1851年傅科在巴黎首先制成的,虽然早在1650年,已有人观察到摆的振动面在缓慢地旋转,但却未能对此现象作出正确的解释。所以我们现在把用来显示地球自转的这种装置叫傅科摆。

为了证明地球在自转,法国物理学家傅科(1819—1868)于1851年做了一次成功的摆动实验,傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行,摆长67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。在傅科摆试验中,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沿着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,在两极极点旋转一周的周期则为一恒星日(23小时56分4秒),简单计算中可视为24小时。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15°tsinφ来求,单位是度。式中φ代表当地地理纬度,t为偏转所用的时间,用小时作单位,因为地球自转角速度1小时等于15°,所以,为了换算,公式中乘以15° 。

证明自转

据记载,300多年以前伽利略受到罗马教廷的审判,当他被迫承认地心说的时候,伽利略喃喃自语道:“可是地球仍然在动啊!”伽利略是否说过这句话已经不可考证。很难想像有人听见了伽利略低声说出的“异端”言论,并且把它记录了下来,更何况当时伽利略已经神志不太清醒。圣经说大地是不动的;而现在,即使是小学三年级的学生也知道地球存在自转。

历史实验

时间回溯到1851年的巴黎。在国葬院(法兰西共和国的先贤祠)的大厅里,让·傅科(Jean Foucault)正在进行一项有趣的实验。傅科在大厅的穹顶上悬挂了一条67米长的绳索,绳索的下面是一个重达28千克的摆锤。摆锤的下方是巨大的沙盘。每当摆锤经过沙盘上方的时候,摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。按照日常生活的经验,这个硕大无比的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹。该实验被评为“物理最美实验”之一。

实验开始了,人们惊奇的发现,傅科设置的摆每经过一个周期的震荡,在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹(准确地说,在这个直径6米的沙盘边缘,两个轨迹之间相差大约3毫米)。

参考文献