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盡管我們都知道地球在動，但這項事實的證據(jù)不管多么確鑿，卻全都是由天文觀測結(jié)果推斷而得，沒有望遠(yuǎn)鏡，不知道該怎么樣用望遠(yuǎn)鏡的人，完全沒辦法親眼看到那種運(yùn)動 。近日，有網(wǎng)友對傅科擺和地球自轉(zhuǎn)的關(guān)系比較好奇，向財路哥發(fā)出了疑問 。今天，我們就一起來看看傅科擺是如何證明地球自轉(zhuǎn)的 。
要了解傅科擺的工作原理，我們要先了解一下單擺 。
單擺是最簡單的擺 。理想情況下的單擺擺線要求是沒有質(zhì)量，也不會像彈簧或者皮筋一樣會被拉長；而擺球，要求是只具有質(zhì)量，體積可以忽略不計——如果相對擺線長度，擺球直徑相當(dāng)小，那么就可以忽略掉擺球的體積 。這樣的情況下，單擺周期僅僅和擺線的長度以及重力加速度有關(guān) 。
在地球表面，我們一般是無法改變重力加速度的 。所以可以說，地面的單擺，擺線越長，擺動的周期也就越長 。而且單擺還有一個特性，就是只要我們給它一個恰當(dāng)?shù)某跏甲饔茫瑔螖[將僅僅在一個固定的平面擺動 。
所謂固定的平面，必然是有參照物的 。在大多數(shù)時候，固定平面是指相對于大地固定 。其原因是地球自轉(zhuǎn)會帶動擺線和擺球，從而一起轉(zhuǎn)動 。
傅科擺的一個巧妙之處就是，通過擺線的非常小摩擦力的上端設(shè)計，使得地球自轉(zhuǎn)幾乎不會對單擺產(chǎn)生影響 。
于是擺球的擺動超然于地球自轉(zhuǎn)，也就確定了一個相對于恒星固定的擺動面 。而以遙遠(yuǎn)的恒星為參照物，我們是可以觀測到地球的自轉(zhuǎn)的 。就這樣，擺球擺動的平面和地球自轉(zhuǎn)就有了一個相對運(yùn)動 。
下面我們把傅科擺放在北極點，相對于恒星，我們就會看到，擺動平面不動，但是一個擺動周期之后，地球因為自轉(zhuǎn)，擺球已經(jīng)離開了原來的位置 。
傅科在擺球下端加裝了一個針狀物，使得擺球擺動時可以在地面的沙子上畫下自己的痕跡 。而沙子，無疑是跟隨隨著地球自轉(zhuǎn)同步運(yùn)動的 。這樣我們就可以觀察到擺的擺動方向為由東向西的、緩慢而持續(xù)的旋轉(zhuǎn)，從而印證了地球的自轉(zhuǎn) 。
事實上，在北半球，傅科擺都是以此方向轉(zhuǎn)動的，而南邊球則相反 。其演示效果也是隨著緯度提升而提升 。在赤道，我們將觀測不到擺的轉(zhuǎn)動，因為在赤道上，地面和擺動平面是相對靜止的 。
我們知道，地球的自轉(zhuǎn)周期約為24小時 。我們要觀察到明顯的方向轉(zhuǎn)動，擺的周期和振幅就都不能太小，所以傅科擺要求擺線盡量長 。當(dāng)年傅科做實驗時候，擺線長達(dá)67米，擺球重達(dá)28公斤！
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