Маятник висота підвісу для перевірки пісочного годинника. Храми з маятники фуко. Маятник Веретено-Фуко доводить, що Земля лежить нерухомо, а зовсім не обертається, що в принципі неможливо - і з міркувань математики, і з міркувань фізики гіроскопа.

Я не знаю, чи багато хто з читачів цього сайту бачили живцем маятник Фуко. У СРСР маятників Фуко було чимало. Їх встановлювали у соборах як антирелігійну пропаганду. І чим довшим був підвіс, тим більшим виглядали маятники. Найдовші у Троїцькому соборі Псковського Кремля, у костелі Святих Іоаннів у Вільнюсі, у Домініканському соборі Львова. Але самий висів в Ісакієвському соборі Ленінграда, аж 93 метри (він був повішений після того, як місто перейменували знято якраз до того, як місто перейменували ще раз).

Ті, хто бачив, пам'ятають, що це така здоровенна металева гиря, що висить на тонкій нитці, яка з розмахом метушиться над підлогою, і площина гойдання згодом робить повне коло. Ці маятники ніколи не зупиняються, вони жива демонстрація обертання Землі.

Проте, а навіщо попаданню цим маятники? Адже вони нічого робити і не можуть! Чи можуть?

СРСР зник, наука нікому не потрібна і маятники зняли. На зображенні зверху — маятник Фуко в паризькому Пантеоні. Його туди повісив у 1851 році Наполеон III і він досі там метушиться. Довжина підвісу – 68 метрів.

Принцип дії маятника Фуко досить хмарний. На площину його обертання впливає як географічна широта місця, де його встановлено, і довжина підвісу (довгі маятники обертаються швидше). Маятник, встановлений на полюсі, робитиме оборот за 24 години. Маятник, встановлений на екваторі, взагалі не обертатиметься, площина залишиться нерухомою. Сам Фуко не зміг вивести осудну формулу обертання, це було зроблено вже після нього.

Постає питання — а як взагалі Фуко здогадався повісити такий маятник?
Тут як і випадок винний, а як і закономірність. У ті часи артилерія досягла такої точності, що балістика перетворилася на науку. І тут була помічена аномалія - ​​якщо гармату стріляє точно на північ, то якщо її встановити в північній півкулі, то снаряд відхилиться вправо, а якщо в південній - то вліво.

Фуко був оригінальною особистістю і щоб довести, що тут винне обертання Землі, придумав такий експеримент з маятником.
Тобто до Фуко артилерійські технології не досягали такої точності, щоби ефект могли вловити.
А після Фуко... Якби такого оригіналу, як Фуко, не знайшлося б, то, напевно, маятник побудували тільки тоді, коли підвели під нього теорію і обертання площини випливало б з формул. Але тоді він нікому не потрібен був і такого інтересу не викликав би.
Насправді все закінчилося тим, що у Римі, у Ватикані, у соборі Святого Ігнатія святі отці повісили такий же маятник, переконалися в ефекті — і католицька церква офіційно визнала обертання Землі.

Отже, яке практичне значення міг би мати маятник як такий?
З його допомогою можна визначити географічну широту. Це для попаданцев зовсім незрозуміло куди, незрозуміло де й незрозуміло навіщо.
Але нагадую — маятник Фуко працюватиме навіть у магічних світах, і ніякі ельфи нічого вдіяти не зможуть (світів, де планета не оберталася, можна перерахувати на пальцях однієї руки — і в таких світах одразу зрозуміло, що вони особливі).

В інших випадках маятник Фуко має дуже цікаву роль, яку відіграв і в реальності.
А саме — поламав світогляд людей.
А ці речі дуже цінні, саме вони зрушують світ із крапки.
І таких речей мало, крім маятника Фуко можна згадати і, але саме їх я б рекомендував потрапляти впроваджувати в першу чергу, такі штуки ламають горезвісну інертність мислення.

МАЯТНИК ФУКО,пристрій, що наочно демонструє обертання Землі. Його винахід приписують Ж.Фуко (1819–1868). Спочатку досвід був виконаний у вузькому колі, але так зацікавив Л. Бонапарта (пізніше став Наполеоном III, французьким імператором), що він запропонував Фуко повторити його публічно в грандіозному масштабі під куполом Пантеону в Парижі. Цю публічну демонстрацію, влаштовану 1851 року, і прийнято називати досвідом Фуко.

Під куполом будівлі Фуко підвісила металева куля масою 28 кг на сталевому дроті довжиною 67 м. На відміну від годинникового маятника, який може гойдатися тільки в одній площині, у маятника Фуко верхній кінець дроту був закріплений таким чином, щоб він міг гойдатися однаково вільно у всіх. напрямках. Під маятником було зроблено кругову огорожу радіусом 6 м із центром прямо під точкою підвісу. На огорожу був насипаний пісок, щоб при кожному коливанні прикріплене під кулею маятника металеве вістря могло змітати його на своєму шляху. Щоб забезпечити пуск маятника без бічного поштовху, його відвели убік та прив'язали мотузкою. Після того, як маятник після прив'язування прийшов у стан повного спокою, мотузку перепалили і маятник почав рухатися.

Маятник такої довжини здійснює одне повне коливання за 16,4 с, і незабаром стало видно, що площина хитання маятника повертається за годинниковою стрілкою щодо підлоги. При кожному наступному коливанні металеве вістря змітало пісок приблизно 3 мм від попереднього місця. За годину площина гойдання повернулася більш ніж на 11°, а приблизно за 32 години здійснила повний оборот і повернулася до попереднього положення. Ця вражаюча демонстрація приводила глядачів прямо в істерику; їм здавалося, що вони відчувають обертання Землі під ногами.

Щоб з'ясувати, чому маятник поводиться таким чином, розглянемо пісочне кільце. Північна точка кільця знаходиться в 3 м від центру, і, враховуючи, що Пантеон знаходиться на 48 ° 51 північної широти, ця частина кільця на 2,3 м ближче до земної осі, ніж центр. Тому при повороті Землі на 360° протягом 24 годин північний край кільця рухатиметься по колу меншого радіусу, ніж центр, і за добу пройде на 14,42 м менше. Отже, різниця швидкостей цих точок дорівнює 1 см/хв. Так само південний край кільця рухається на 14,42 м на добу, або на 1 см/хв, швидше, ніж центр кільця. Завдяки цій різниці швидкостей лінія, що з'єднує північну та південну точки кільця, завжди залишається спрямованою з півночі на південь.

На земному екваторі північний і південний кінці настільки невеликого простору перебували на одній відстані від земної осі і, отже, рухалися однаковою швидкістю. Тому поверхня Землі не оберталася навколо вертикального стовпа, що стоїть на екваторі, а маятник Фуко гойдався б по одній і тій же лінії. Швидкість обертання площини гойдання дорівнювала б нулю, а час повного обороту було б нескінченно великим. Якби маятник був встановлений точно на одному з географічних полюсів, то виявилося б, що площина хитання повертається точно на 15° кожну годину і здійснює повний оборот на 360° за 24 год. )

Нагадаємо, що маятник Фуко це експериментальний прилад, за допомогою якого можна наочно спостерігати добове обертання Землі. Він є досить довгим (в оригінальній конструкції Жана Фуко довжина становила 67 м) сталевий дріт, на який підвішений вантаж. З часом площина коливань маятника змінюється, повільно повертаючись убік, протилежну напрямку обертання Землі, причому географічне розташування (широта) приладу впливає швидкість змін.

Уявити собі площину, нерухому щодо зірок і, що обертається щодо Землі, дуже складно. Занадто велика Земля, надто звична нам її здається «площина», а відчути обертання на собі зовсім неможливо. Маятник Фуко наочно демонструє нам ефект добового обертання, але навіть дивлячись на нього, не завжди легко зрозуміти і прийняти його «показання».

Тарілка; три вилки; винна пробка; лайм або будь-який інший предмет схожих параметрів, що досить легко протикається голкою; дві швейні голки; котушка ниток; сіль.

А уявіть собі ситуацію: підходить до вас син і питає: тату, я тут прочитав про якийсь маятник Фуко, який доводить, що Земля крутиться і нічого не зрозумів. Можеш мені якось простіше пояснити? Звичайно, відповідаєте ви та будуєте модель маятника прямо на кухні.

Лайми та голки

Побудувати модель можна практично з чого завгодно, можна зробити її красивішою, фотогенічнішою. Ми вважали за краще використовувати прості предмети, які можна за лічені хвилини знайти майже на будь-якій кухні. Не доведеться навіть іти в магазин.

Якщо обертати тарілку рівномірно (наприклад, поставивши на диск, що крутиться), кінчик нашого маятника опише на солі фігуру, аналогічну фігурі, що описується справжнім маятником Фуко.

Отже, тарілка, три виделки, дві голки, пробка, якийсь вантаж (лайм, картоплина, маленьке яблуко), котушка ниток, сіль. Тарілка виконує роль Землі, а стіл, на якому вона стоїть, - нерухомої системи координат, в яких Земля обертається (простіше кажучи - зірок). З усього цього нескладно зробити конструкцію, зображену на першому фото. Найважче - підібрати довжину нитки, щоб кінчик голки ледь не торкався поверхні тарілки. Дуже важливо дотриматися центрування, тобто простежити, щоб кінчик голки вийшов із самої серединки плода, який використовується як вантаж.

Потім ми запускаємо систему – найкраще відтягнути вантаж убік та відпустити. Маятник починає вагатися. Якщо ми повертатимемо тарілку навколо осі, виявиться, що маятник не повертається разом з нею, а продовжує вагатися в постійній площині! Сіль у разі використовується для наочності — при повороті тарілки кінчик голки викреслює нову траєкторію.

Чим довша нитка, тим довше маятник вагатиметься з достатньою амплітудою, щоб за досвідом було цікаво спостерігати збоку.

Тепер досить уявити, що тарілка дуже велика – діаметром із Землю. І вона крутиться, як за легендою говорив Галілей, самостійно, подібно до того, як ми обертаємо тарілку рукою. А маятник Фуко, спускаючись із купола Московського планетарію чи паризького Пантеону, виписує вигадливу постать, постійно змінюючи площину коливань щодо Землі. Точніше, це Земля змінює свою позицію щодо маятника. Як тарілка.

Давайте пройдемося маятником Фуко - єдиним наочним доказом "правильного" обертання Землі.

Це звичайний маятник, який ми багато разів бачили в настінному/підлоговому годиннику. Але лише спеціальна підвіска дозволяє йому крутитися. Конструкція цієї підвіски чомусь відсутня в Інтернеті. Ось тільки творці маятника у Києві поскаржилися на складність роботи: над створенням маятника протягом року працював творчий колектив із 10-ти осіб(http://www.mpravda.com/?lang=ru&pubId=51956- Ця інформація вже видалена).

У нас маятник в Ісаакіївському соборі проіснував з 1931 по 1986: куля була підвішена під куполом на тросі 93 метри. Найбільший у світі!

Усі маятники оберталися відповідно до коріолісового усунення (не за добу, а відповідно синусу широти місцевості - 32 години в Парижі). Але ось цікава цитата із сайту Механіка інерцоїда(бажаючі можуть вивчити розрахунки):

...якщо виходити з прискорення Коріоліса, то швидкість відносного обертання маятника в кожній точці траєкторії буде вдвічі більшою, ніж випливає з відносного розрахунку, що не може бути в принципі. Сила Коріоліса у разі явно дає неправильний результат.

І в мене є пояснення цьому вдвічі швидкому обертанню: обертання маятника символізує поворот площини обертання маятника, але коли Земля повернеться на 180 градусів, ця площина збігатиметься зі стартовою, лише рух у ній буде в протилежний бік (погляньте на малюнок на початку тексту і поверніть спостерігача на 180 градусів – снаряд летить у тій самій площині, але від нього). Таким чином, площина обертання маятника за добу (на полюсі) має прокрутитися двічі. То звідки тоді взялися ті самі 32 години в Парижі? Конструктори фейку підійшли формально, використавши стандартну формулу.

Ми знаємо, як працює маятниковий годинник: він "заряджається" гирей, без якої коливання швидко б загасли через тертя. Жодної гирі в маятниках Фуко немає. Що ж їх "підкручує"?

Але головне: маятник крутиться. Значить, маятник давить на підвіску, змушуючи її обертатися. Адже якщо підвіска змушує обертатися маятник, то це вже шахрайство. Як ми можемо зрозуміти, не знаючи конструкції?

А по тим же підлоговим годинникам! І там хитається маятник, але на фіксованій підвісці – на осі. А значить, сила Коріоліса завжди має впливати на правий бік осі, ну, як на залізничну рейку. І сточувати вісь з одного боку. Що має призводити до швидкої поломки цієї осі. Ви коли-небудь чули про таку поломку? Зате оригінальний маятник Фуко в Парижі розбили в 2010 році, випадково зачепивши кабелем (живлення до мотора, що обертає?)?!

Я довго думав, як же влаштована підвіска, щоб демонструвати цей фейк, доки не побачив чудовий ролик:

По-перше, починаючи з 50-ї секунди (чітко на 55-й) видно шнур. І він не натягнутий, а хвилею. Це оболонка, що приховує шнур усередині, щоб не було видно його обертання?

По-друге, дуже примітний ефект: в 1.13 маятник йде від нас і зачіпає мішень, а в 1.17 він вже йде до нас і не зачіпає мішень (у 1.19 зачіпає ще сильніше). Це як це? При кожному коливанні маятник злегка повертається (повинен).

Тобто. якщо зачепили в один бік, то при зворотному русі повинен зачепити ще сильніше.

Це може бути тільки якщо він гойдається не в площині, як нам розповідають, а по кривій. Причому її підвертають у момент максимального відхилення до камери.

Я б сказав, що кулька кріплення маятника, нахиляючись до нас, вдаряється об криву поверхню (щось на кшталт листа Мебіуса). Тим самим кулька щоразу вдаряється не перпендикулярно, а під деяким кутом, змінюючи кут відбиття. Звідси й деяка вигнутість траєкторії.

Власне, гіфка з Вікі саме цей факт демонструє.

Звісно ж, що таємниця підвіски маятника Фуко розкрита.

Підсторінки (8):

Для експериментальної демонстрації добового обертання Землі у багатьох університетах, планетаріях та бібліотеках використовують маятник Фуко. Я розповім про храми, де демонстрували чи демонструють зараз цей досвід.

Пантеон, Париж
Французький фізик Жан Бернар Леон Фуко (1819–1868) вперше продемонстрував свій експеримент 8 січня 1851 року. У льоху свого будинку в Парижі фізик виконав досвід із маятником завдовжки 2 метри. Експеримент викликав підвищений інтерес і вже у березні того ж року було здійснено публічно під куполом Пантеону у Парижі.

У будівлі Пантеону вчений підвісив металеву кулю масою 28 кілограмів на сталевому дроті довжиною 67 метрів. У нижній частині металевої кулі було закріплено вістря. Кріплення дозволяло маятнику вільно вагатися у всіх напрямках. Перед запуском маятник відводили убік і прив'язували мотузкою, яку потім перепалювали – це дозволяло уникнути бічного поштовху. Маятник розгойдувався над обгородженим майданчиком діаметром 6 м. По діаметру майданчика була насипана піщана доріжка, і маятник під час руху вістрям прокреслював на піску позначки. За кілька хвилин можна було помітити, що площина коливання маятника змінилася.

Приблизно за 32 години маятник здійснив повний оберт і окреслив на піску траєкторію свого обертання. За допомогою цього експерименту було наочно продемонстровано добове обертання Землі. Досвід можна зробити ще більш видовищним, якщо поставити біля краю траєкторії руху маятника якийсь предмет, який буде збитий через деякий час.

Яким чином зміни площини коливання маятника доводить обертання Землі? За законами фізики маятник не змінює площини свого розгойдування. Але пісок чи предмети, поставлені експерименту, обертаються разом із поверхнею Землі під час її добового кругового руху й у якийсь момент опиняються у площині гойдання маятника.

Чим довша нитка, на якій підвішена металева куля, тим більший поворот, який здійснюється за один період. Відповідно при демонстрації роботи маятника Фуко у дуже високих будинках, наприклад, у храмах, обертання Землі буде відчутнішим, а сам експеримент видовищнішим.

На фотографії – сучасна копія маятника Фуко та кам'яна статуя єгипетської кішки. (Фото)

Фукусайдзі, Нагасакі
У японському місті Нагасакі на острові Кюсю є незвичайний буддійський храмовий комплекс. Фукусайдзі заснували китайські ченці з провінції Фуцзянь у 1628 році, але під час атомного вибуху 9 серпня 1945 року його було знищено. Монастир відновили на згадку про загиблих 1979 року. Щодня рівно об 11-02, під час вибуху атомної бомби, дзвонить храмовий дзвін.

За формою храм-мавзолей схожий на гігантську черепаху, на панцирі якої поставлено велику білу статую богині милосердя Каннон. Скульптура висотою 18 метрів та вагою 35 тонн виконана з алюмінієвого сплаву.

У храмі над останками 16 500 загиблих під час Другої світової війни підвішено маятник Фуко. 25-метровий трос знаходиться усередині статуї.

На фотографії – інтер'єр храму. Трос маятника Фуко виходить із золотого отвору у склепінні і спускається за металеву огорожу на підлозі.

Фотографії: +

Базиліка Сан-Петроніо, Болонья
Мабуть, найбільш підходящим місцем для демонстрації маятника Фуко стало італійське «місто наук», де було засновано найстаріший університет Європи (1088). Кафедральний собор Болоньї, присвячений покровителю міста святому єпископу Петронію, будувався кілька століть, починаючи з 1390 року. Базиліка вражає своїми розмірами: довжина будівлі 132 метри, ширина – 60 метрів, висота склепінь – 45 метрів.

У соборі демонструють не лише досвід Фуко (на фото на далекому плані). Професор астрономії Болонського університету Джованні Доменіко Кассіні (1625-1712) у 1665 році позначив усередині собору, на підлозі, меридіан завдовжки 66,8 м, на якому можна спостерігати рух сонячного променя через отвір у даху храму та відзначати дні та місяць.

Фотографії: +

Костел святих Іванів, Вільнюс
Єдиний у Литві маятник Фуко знаходиться у католицькому костелі. Названий на честь св. Іоанна Хрестителя та св. євангеліста Іоанна, костел був збудований у XVIII столітті за проектом Йоганна Крістофа Глаубиця (1700-1767). Побачити маятник можна у Музеї науки, піднявшись на другий поверх 68-метрової дзвіниці.

Фотографії: +

Софійський собор, Вологда.
У Росії за радянських часів перший показ досвіду Фуко був підготовлений Держмузеєм, Спілкою войовничих безбожників та Товариством краєзнавців. Демонстрація відбулася під час антипасхальної кампанії 1929 року у Софійському соборі Вологди. У будівлі було влаштовано антирелігійну виставку, і маятник став одним із її експонатів. 18-метрова нитка була підвішена до металевих зв'язків в інтер'єрі. (Фотографія 1917-1950 р.)

Ісаакіївський собор, Санкт-Петербург
У Великодню ніч з 11 на 12 квітня 1931 року в Ісаакіївському соборі був продемонстрований маятник Жана Фуко. Тисячі глядачів стали свідками наукового тріумфу. Бронзова куля, підвішена до купола, була приведена в дію для наочної демонстрації обертання Землі. Довжина нитки була 98 м – найдовшою за всю історію демонстрації досвіду.

Маятник зняли у 1986 році, а до центру купола, де раніше кріпився трос, повернули скульптуру голуба – символ Святого Духа. Наразі маятник Фуко зберігається у підвалі Ісаакіївського собору, у меморіальній експозиції «Щоб пам'ятали».

У журналі «Світ музею» (№10, 2016 р.) сказано, що ще 1901 року у кафедральному соборі св. Ісаакія Далматського демонстрували досвід Жана Фуко. Але не в центрі, під куполом, а зводі бічної арки.

Вид на площу Декабристів та Ісаакіївський собор. 1930-1936 р.р.

Експозиція Державного антирелігійного музею у будівлі Ісаакіївського собору. Ленінград, 1931 р.
Школярі у моделі, яка пояснює досвід із маятником Фуко. Державний антирелігійний музей. 1930-ті роки.
Експозиція Державного антирелігійного музею. 1930-ті роки. Модель, яка допомагала зрозуміти суть досвіду.

У тій же статті місцем проведення досвіду вказано і знесене за радянських часів Андріївський собор Кронштадту. Досвід у ньому продемонстрували наприкінці першого десятиліття ХХ століття.