Маятник высота подвеса для проверки песочных часов. Храмы с маятниками фуко. Маятник Веретено-Фуко доказывает, что Земля покоится неподвижно, а вовсе не вращается, что в принципе невозможно – и из соображений математики, и из соображений физики гироскопа,

Я не знаю, многие ли из читателей этого сайта видели живьем маятник Фуко. В СССР маятников Фуко было немало. Их устанавливали в соборах как антирелигиозную пропаганду. И чем длиннее был подвес, тем внушительнее выглядели маятники. Самые длинные в Троицком соборе Псковского Кремля, в костеле Святых Иоаннов в Вильнюсе, в Доминиканском соборе Львова. Но самый-самый висел в Исакиевском соборе Ленинграда, аж 93 метра (он был повешен после того, как город переименовали снят в аккурат до того, как город переименовали еще раз).

Те, кто видел, помнят — что это такая здоровенная металлическая гиря, висящая на тонкой нити, которая с размахом мотыляется над полом, и плоскость качания со временем делает полный круг. Эти маятники никогда не останавливаются, они — живая демонстрация вращения Земли.

Однако, а зачем попаданцу этим маятники? Они ведь ничего делать и не могут! Или могут?…

СССР исчез, наука никому не нужна и маятники поснимали. На картинке сверху — маятник Фуко в парижском Пантеоне. Его туда повесил в 1851-м году Наполеон III и он до сих пор там мотыляется. Длина подвеса — 68 метров.

Принцип действия маятника Фуко достаточно заморочлив. На плоскость его вращения влияет как географическая широта места, где он установлен, так и длина подвеса (длинные маятники вращаются быстрее). Маятник, установленный на полюсе, будет делать оборот за 24 часа. Маятник, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться, плоскость останется неподвижной. Сам Фуко не смог вывести вменяемую формулу вращения, это было сделано уже после него.

Возникает вопрос — а как вообще Фуко догадался повесить такой маятник?
Тут вроде как и случай виноват, а вроде как и закономерность. В те времена артиллерия достигла такой точности, что баллистика превратилась в науку. И тут была замечена аномалия — если пушку стреляет точно на север, то если ее установить в северном полушарии, то снаряд отклонится вправо, а если в южном — то влево.

Фуко был оригинальной личностью и чтобы доказать, что тут виновато вращение Земли, придумал такой вот эксперимент с маятником.
То есть до Фуко артиллерийские технологии не достигали такой точности, чтобы эффект могли уловить.
А после Фуко… Если бы такого оригинала, как Фуко, не нашлось бы, то наверняка маятник построили только тогда, когда подвели под него теорию и вращение плоскости следовало бы из формул. Но тогда он никому не нужен был бы и такого интереса не вызвал бы.
В реальности все закончилось тем, что в Риме, в Ватикане, в соборе Святого Игнатия святые отцы повесили такой же маятник, убедились в эффекте — и католическая церковь официально признала вращение Земли.

Итак, какое практическое значение мог бы иметь маятник как таковой?
С его помощью можно приблизительно определить географическую широту. Это для попаданцев совсем уж непонятно куда, непонятно где и непонятно зачем.
Но напоминаю — маятник Фуко будет работать даже в магических мирах, и никакие эльфы ничего поделать не смогут (миров, где планета не вращалась, можно пересчитать по пальцам одной руки — и в таких мирах сразу понятно, что они особые).

В остальных случаях — маятник Фуко имеет очень интересную роль, которую сыграл и в реальности.
А именно — поломал мировоззрение людей.
А эти вещи очень ценные, именно они сдвигают мир с точки.
И таких вещей мало, кроме маятника Фуко можно вспомнить и , но именно их я бы рекомендовал попаданцу внедрять в первую очередь, такие штуки ломают пресловутую инертность мышления.

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.

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°51ў 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.

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.)

Напомним, что маятник Фуко — это экспериментальный прибор, с помощью которого можно наглядно наблюдать суточное вращение Земли. Он представляет собой достаточно длинную (в оригинальной конструкции Жана Фуко длина составляла 67 м) стальную проволоку, на которую подвешен груз. С течением времени плоскость колебаний маятника изменяется, медленно поворачиваясь в сторону, противоположную направлению вращения Земли, причем географическое положение (широта) прибора влияет на скорость изменений.

Представить себе плоскость, неподвижную относительно звезд и, соответственно, вращающуюся относительно Земли, очень сложно. Слишком велика Земля, слишком привычна нам ее кажущаяся «плоскость», а почувствовать вращение на себе и вовсе невозможно. Маятник Фуко наглядно демонстрирует нам эффект суточного вращения, но, даже глядя на него, не всегда легко понять и принять его «показания».

Тарелка; три вилки; винная пробка; лайм или любой другой предмет схожих параметров, достаточно легко протыкаемый иголкой; две швейные иглы; катушка ниток; соль.

А представьте себе ситуацию: подходит к вам сын и спрашивает: папа, я тут прочитал про какой-то маятник Фуко, который доказывает, что Земля вертится, и ничего не понял. Можешь мне как-то попроще объяснить? Конечно, отвечаете вы и строите модель маятника прямо на кухне.

Лаймы и иголки

Построить модель можно практически из чего угодно, можно сделать ее красивее, больше, фотогеничнее. Мы предпочли использовать простые предметы, которые можно в считаные минуты найти почти на любой кухне. Не понадобится даже идти в магазин.

Если вращать тарелку равномерно (например, поставив на крутящийся диск), кончик нашего маятника опишет на соли фигуру, аналогичную фигуре, описываемой настоящим маятником Фуко.

Итак, тарелка, три вилки, две иголки, пробка, какой-либо груз (лайм, картофелина, маленькое яблоко), катушка ниток, соль. Тарелка исполняет роль Земли, а стол, на котором она стоит, — неподвижной системы координат, в которых Земля вращается (проще говоря — звезд). Из всего этого несложно соорудить конструкцию, изображенную на первом фото. Самое трудное — подобрать длину нити, чтобы кончик иголки едва-едва не касался поверхности тарелки. Очень важно соблюсти центровку, то есть проследить, чтобы кончик иглы вышел из самой серединки плода, который используется в качестве груза.

Затем мы запускаем систему — лучше всего оттянуть груз в сторону и отпустить. Маятник начинает колебаться. Если мы будем поворачивать тарелку вокруг оси, обнаружится, что маятник не поворачивается вместе с ней, а продолжает колебаться в постоянной плоскости! Соль в данном случае используется для наглядности — при повороте тарелки кончик иглы вычерчивает новую траекторию.

Чем длиннее нить, тем дольше маятник будет колебаться с достаточной амплитудой, чтобы за опытом было интересно наблюдать со стороны.

Теперь достаточно представить, что тарелка очень большая — диаметром с Землю. И она вертится, как по легенде говаривал Галилей, самостоятельно, подобно тому, как мы вращаем тарелку рукой. А маятник Фуко, спускаясь с купола Московского планетария или парижского Пантеона, выписывает затейливую фигуру, постоянно изменяя плоскость колебаний относительно Земли. Точнее, это Земля изменяет свою позицию относительно маятника. Как тарелка.

Давайте пройдемся по маятнику Фуко - единственному наглядному доказательству "правильного" вращения Земли.

Это обычный маятник, который мы многократно видели в настенных/напольных часах. Но только специальная подвеска позволяет ему крутиться. Конструкция этой подвески почему-то отсутствует в интернете. Вот только создатели маятника в Киеве пожаловались на сложность работы:над созданием маятника в течение года работал творческий коллектив из 10-ти человек (http://www.mpravda.com/?lang=ru&pubId=51956 - эта информация уже удалена).

У нас маятник в Исаакиевском соборе просуществовал с 1931 по 1986: шар был подвешен под куполом на тросе в 93 метра. Самый большой в мире!

Все маятники вращались в соответствии с кориолисовым смещением (не за сутки, а соответственно синусу широты местности - 32 часа в Париже). Но вот интересная цитата с сайта "Механика инерцоида " (желающие могут изучить расчеты):

...если исходить из ускорения Кориолиса, то скорость относительного вращения маятника в каждой точке траектории будет в два раза больше, чем следует из относительного расчёта, что не может быть в принципе. Сила Кориолиса в этом случае явно даёт неправильный результат.

И у меня есть объяснение этому в два раза быстрому вращению: вращение маятника символизирует поворот плоскости вращения маятника, но, когда Земля повернется на 180 градусов, эта плоскость будет совпадать со стартовой, лишь движение в ней будет в противоположную сторону (посмотрите на рисунок в начале текста и поверните наблюдателя на 180 градусов - снаряд летит в той же плоскости, но от него). Таким образом, плоскость вращения маятника за сутки (на полюсе) должна прокрутиться дважды. Так откуда тогда взялись те самые 32 часа в Париже? Конструкторы фейка подошли формально, использовав стандартную формулу.

Мы знаем, как работают маятниковые часы: они "заряжаются" гирей, без которой колебания быстро бы затухли из-за трения. Никакой гири в маятниках Фуко не присутствует. Что же их "подкручивает"?

Но главное: маятник вращается. Значит, маятник давит на подвеску, заставляя её вращаться. Ведь если подвеска заставляет вращаться маятник, то это уже жульничество. Как мы может понять, не зная конструкции?

А по всё тем же напольным часам! И там качается маятник, но на фиксированной подвеске - на оси. А значит, сила Кориолиса всегда должна воздействовать на правую сторону оси, ну, как на железнодорожный рельс. И стачивать ось с одной стороны. Что должно приводить к быстрой поломке этой оси. Вы когда-нибудь слышали о подобной поломке? Зато оригинальный маятник Фуко в Париже разбили в 2010 году, случайно задев кабелем (питание к вращающему мотору?)?!

Я долго думал, как же устроена подвеска, чтобы демонстрировать этот фейк, пока не увидел замечательный ролик:

Во-первых, начиная с 50-й секунды (четко на 55-ой) виден шнур. И он не натянут, а волной. Это оболочка, скрывающая шнур внутри, чтобы не было видно его вращения?

Во-вторых, весьма примечательный эффект: в 1.13 маятник идет от нас и задевает мишень, а в 1.17 он уже идет к нам и НЕ задевает мишень (в 1.19 задевает еще сильнее). Это как это? При каждом качании маятник слегка поворачивается (должен).

Т.е. если задел в одну сторону, то при обратном движении должен задеть еще сильнее.

Это может быть, лишь если он качается не в плоскости, как нам рассказывают, а по кривой. Причем, её подворачивают в момент максимального отклонения к камере.

Я бы сказал, что шарик крепления маятника, наклоняясь к нам, ударяется о кривую поверхность (что-то типа листа Мёбиуса). Тем самым шарик каждый раз ударяется не перпендикулярно, а под некоторым углом, меняя угол отражения. Отсюда и некоторая изогнутость траектории.

Собственно, гифка из Вики именно этот факт и демонстрирует.

Представляется, что тайна подвески маятника Фуко раскрыта.

Подстраницы (8):

Для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли во многих университетах, планетариях и библиотеках используют маятник Фуко. Я расскажу о храмах, в которых демонстрировали или демонстрируют сейчас этот опыт.

Пантеон, Париж
Французский физик Жан Бернар Леон Фуко (1819-1868) впервые продемонстрировал свой эксперимент 8 января 1851 года. В погребе своего дома в Париже физик выполнил опыт с маятником длиной 2 метра. Эксперимент вызвал повышенный интерес и уже в марте того же года был осуществлен публично под куполом Пантеона в Париже.

В здании Пантеона учёный подвесил металлический шар массой 28 килограммов на стальной проволоке длиной 67 метров. В нижней части металлического шара было закреплено остриё. Крепление позволяло маятнику свободно колебаться во всех направлениях. Перед запуском маятник отводили в сторону и привязывали веревкой, которую потом пережигали - это позволяло избежать бокового толчка. Маятник раскачивался над огороженной площадкой диаметром 6 м. По диаметру площадки была насыпана песчаная дорожка, и маятник при движении остриём прочёркивал на песке отметки. Через несколько минут можно было заметить, что плоскость качания маятника изменилась.

Примерно за 32 часа маятник совершил полный оборот и очертил на песке траекторию своего вращения. С помощью этого эксперимента было наглядно продемонстрировано суточное вращение Земли. Опыт можно сделать ещё более зрелищным, если поставить у края траектории движения маятника какой-нибудь предмет, который будет сбит через некоторое время.

Каким же образом изменения плоскости колебания маятника доказывает вращение Земли? По законам физики, маятник не меняет плоскости своего раскачивания. Но песок или предметы, поставленные для эксперимента, вращаются вместе с поверхностью Земли в ходе её суточного кругового движения и в какой-то момент оказываются в плоскости качания маятника.

Чем длиннее нить, на которой подвешен металлический шар, тем больше поворот, совершаемый за один период. Соответственно при демонстрации работы маятника Фуко в очень высоких зданиях, например, в храмах, вращение Земли будет ощутимей, а сам эксперимент зрелищней.

На фотографии - современная копия маятника Фуко и каменная статуя египетской кошки. (Фото)

Фукусайдзи, Нагасаки
В японском городе Нагасаки на острове Кюсю находится необычный буддийский храмовой комплекс. Фукусайдзи основали китайские монахи из провинции Фуцзянь в 1628 году, но во время атомного взрыва 9 августа 1945 года он был уничтожен. Монастырь восстановили в память о погибших в 1979 году. Ежедневно ровно в 11-02, во время взрыва атомной бомбы, звонит храмовый колокол.

По форме храм-мавзолей похож на гигантскую черепаху, на панцире которой поставлена большая белая статуя богини милосердия Каннон. Скульптура высотой 18 метров и весом в 35 тонн выполнена из алюминиевого сплава.

В храме над останками 16 500 погибших во время Второй мировой войны подвешен маятник Фуко. 25-метровый трос находится внутри статуи.

На фотографии - интерьер храма. Трос маятника Фуко выходит из золотого отверстия в своде и спускается за металлическое ограждение на полу.

Фотографии: +

Базилика Сан-Петронио, Болонья
Пожалуй, самым подходящим местом для демонстрации маятника Фуко стал итальянский «город наук», где был основан старейший университет Европы (1088 год). Кафедральный собор Болоньи, посвящённый покровителю города святому епископу Петронию, строился несколько столетий, начиная с 1390 года. Базилика поражает своими размерами: длина здания 132 метра, ширина - 60 метров, высота сводов - 45 метров.

В соборе демонстрируют не только опыт Фуко (на фотографии на дальнем плане). Профессор астрономии Болонского университета Джованни Доменико Кассини (1625-1712) в 1665 году обозначил внутри собора, на полу, меридиан длиною в 66,8 м, на котором можно наблюдать движение солнечного луча через отверстие в крыше храма и отмечать дни и месяцы.

Фотографии: +

Костел святых Иоаннов, Вильнюс
Единственный в Литве маятник Фуко находится в католическом костёле. Названный в честь св. Иоанна Крестителя и св. евангелиста Иоанна, костёл был построен в XVIII веке по проекту Иоганна Кристофа Глаубица (1700-1767). Увидеть маятник можно в Музее науки, поднявшись на второй этаж 68-метровой колокольни.

Фотографии: +

Софийский собор, Вологда.
В России в советское время первый показ опыта Фуко был подготовлен Госмузеем, Союзом воинствующих безбожников и Обществом краеведов. Демонстрация состоялась во время антипасхальной кампании 1929 года в Софийском соборе Вологды. В здании была устроена антирелигиозная выставка, и маятник стал одним из её экспонатов. 18-метровая нить была подвешена к металлическим связям в интерьере. (Фотография 1917-1950 г.)

Исаакиевский собор, Санкт-Петербург
В пасхальную ночь с 11 на 12 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе был продемонстрирован маятник Жана Фуко. Тысячи зрителей стали свидетелями научного триумфа. Бронзовый шар, подвешенный к куполу, был приведён в действие для наглядной демонстрации вращения Земли. Длина нити была 98 м - самой длинной за всю историю демонстрации опыта.

Маятник сняли в 1986 году, а в центр купола, где раньше крепился трос, вернули скульптуру голубя - символ Святого Духа. Сейчас маятник Фуко хранится в подвале Исаакиевского собора, в мемориальной экспозиции «Чтобы помнили».

В журнале «Мир музея» (№10, 2016 г.) сказано, что ещё в 1901 году в кафедральном соборе св. Исаакия Далматского демонстрировали опыт Жана Фуко. Но не в центре, под куполом, а своде боковой арки.

Вид на площадь Декабристов и Исаакиевский собор. 1930-1936 гг.

Экспозиция Государственного антирелигиозного музея в здании Исаакиевского собора. Ленинград, 1931 г.
Школьники у модели, объясняющей опыт с маятником Фуко. Государственный антирелигиозный музей. 1930-е гг.
Экспозиция Государственного антирелигиозного музея. 1930-е гг. Модель, помогавшая понять суть опыта.

В той же статье местом проведения опыта указан и снесённый в советское время Андреевский собор Кронштадта . Опыт в нём продемонстрировали в конце первого десятилетия XX века.