Das Gerät, mit dem Sie sehen können, wie sich die Erde dreht: Das Foucault-Pendel

1851 schockierte ein Schulabbrecher und Amateurfotograf der französischen Medizin das wissenschaftliche Establishment von Paris. Dieser Mann war Leon Foucault und er hatte zum ersten Mal ein Experiment erstellt, um definitiv zu zeigen, dass sich die Erde tatsächlich drehte.

Kurz vor seiner Demonstration sandte er eine Notiz an eine Gruppe von Wissenschaftlern, in der es hieß :-

"Sie sind eingeladen, die Erde drehen zu sehen"

Sie waren erstaunt und einen Monat später wiederholte er es im prächtigen Pantheon in Paris, damit alle es sehen konnten. Von diesem Moment an würde er für seinen schönen und eleganten Apparat für immer in der Geschichte verewigt sein.

Foucault Zufällig bot es auch eine interessante Technik zur Messung der Lichtgeschwindigkeit. Ein erstaunlicher Mann.

Hat Foucault bewiesen, dass sich die Erde dreht?

Kurz gesagt, ja, aber er war nicht der erste. Mitte des 19. Jahrhunderts war es eine allgemein akzeptierte Überzeugung, dass sich die Erde tatsächlich um ihre Achse drehte.

Tatsächlich hatten Philosophen bereits in der Antike postuliert, dass dies der Fall sein könnte. Viele Gelehrte der pythagoreischen Schule im antiken Griechenland haben diese Hypothese vor Jahrtausenden aufgestellt.

Einige der frühesten Vorschläge stammten von Philolaus, der im 4. Jahrhundert v. Chr. Unterstützung von Hicetas, Heraclides und Ecphantus erhieltheliozentrisches System im 14. Jahrhundert.

Kepler, Galileo und Newton würden weiter hinzufügen, dass sie der Theorie ein erhebliches Gewicht verleihen und der Rest, wie sie sagen, Geschichte ist.

Foucaults Beitrag bestand darin, ein ziemlich komplexes wissenschaftliches Konzept auf eine Weise zu demonstrieren, die die Öffentlichkeit leicht erfassen konnte. Zur Not zerstreute sein Pendel alle Zweifel in den Köpfen der Menschen zu dieser Zeit.

Das Foucault-Pendel würde das Problem für immer lösen und das Phänomen als Tatsache etablieren.

Sein Experiment war ein sofortiger Erfolg und zog eine große Menge von Mitgliedern der Öffentlichkeit an. Foucault würde auf seine Weise ein Rockstar der Zeit werden.

Pendula, basierend auf Foucaults Berechnungen, tauchte weltweit auf - und ist immer noch eine Ikone vieler Wissenschaftsmuseen in den USA und anderen Ländern.

Wann wurde das Foucault-Pendel erfunden? Wer hat das Pendel erfunden?

Der Berühmte Foucault-Pendel ist ein relativ einfaches Gerät, das nach dem französischen Physiker Leon Foucault benannt wurde. Leon hat sich ein Mittel ausgedacht, um leicht zu demonstrieren, dass der lang gehegte Glaube, die Erde habe sich um ihre Achse gedreht.

Das Problem war zu der Zeit, dass es keine endgültigen oder einfachen Mittel gab, um zu zeigen, dass dies wahr ist. Foucault würde dies bald ein für alle Mal lösen.

Das Pendel wurde 1851 eingeführt und war das erste Experiment, das ein einfaches und direktes Mittel darstellte, um zu beweisen, dass dies tatsächlich der Fall war. Es gibt heute weltweit viele solcher Pendel wie der am Griffith Observatory in Los Angeles .

Die allererste öffentliche Demonstration seines Pendels fand 1851 im Meridian des Pariser Observatoriums statt. Dies wurde vor einer Gruppe von Würdenträgern durchgeführt, darunter Napoleon III.

Einige Wochen später wurde das größere und heute berühmte Pendel mit a gebaut. 28 kg messingbeschichteter Bleikugel an a aufgehängt 67 Meter lang Draht hängt an die Kuppel des Pantheons in Paris.

Dieses Pendel schwingt im Uhrzeigersinn um 11,3 Grad eine Stunde und macht jede volle Umdrehung 31,8 Stunden wegen des Breitengrads von Paris auf der Erde.

Dies liegt daran, dass sich die Richtung der Schwingungsebene Schwingung eines Pendels in Bezug auf die Erde mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht, die proportional zum Sinus seines Breitengrads ist. 45 Grad Breitengrad dreht sich alle einmal 1,4 Tage und einer bei 30 Grad alle 2 Tage .

Da der Sinusfaktor für die Menschen schwer zu verstehen war, war er einer der Einflussfaktoren, die Foucault dazu veranlassten, sein Gerät überhaupt erst zu bauen. Er veranlasste ihn auch dazu, erstellen Sie sein Gyroskop 1852.

Der ursprüngliche Bob von 1851 im Pantheon wurde später in den Musée des Arts et Métiers in Paris im Jahr 1855 mit einer weiteren temporären Installation im Jahr 1902 zum 50-jährigen Jubiläum.

in den 1990er Jahren Umbauarbeiten am Musée des Arts et Métiers erforderlich das Pendel, auf das verschoben werden soll Pantheon und es wurde später im Jahr 2000 zurückgegeben.

Tragödie eingeschlagen April 2010 als das Aufhängungskabel riss und das darunter liegende Pendel und der Marmorboden irreparabel beschädigt wurden. Heute befindet sich seit 1995 eine exakte Kopie des Geräts unter der Kuppel des Pantheons in Paris.

Erstaunlicherweise war dies nicht das erste Mal, dass das Pendel mit einer Katastrophe flirtete. Im Mai 2009 griff ein Party-Feiernder im Musée des Arts et Métiers nach dem Pendel und schwang es in eine Sicherheitsbarriere - zum Glück wurde es nicht beschädigt.

Die Zerstörung des Originals war ein echter Verlust für die wissenschaftliche und historische Gemeinschaft, und viele trauerten um ihn. Einige würden dies sogar mit der Nachricht vergleichen, dass eine der Statuen im Vatikan zerbrochen war.

Wie funktioniert ein Foucault-Pendel?

Kurz gesagt, a Foucault-Pendel schwingt in einer festen Ebene, während sich die Erde und der Aufbau des Pendels um diese Ebene drehen. Dies mag etwas seltsam klingen, aber das Prinzip ist, wenn Sie es animiert sehen, eigentlich ziemlich einfach und selbsterklärend.

"Aber", hören wir Sie sagen, "Wie dreht sich das Pendel nicht mit der Erde?". Ist es schließlich nicht an der Decke von etwas befestigt, das sich auch mit der Erde dreht?

Das Besondere an Foucaults Pendel, abgesehen von der Tatsache, dass es sich tendenziell um b handelt wunderschön gefertigte Objekte ist sein Drehpunkt. Foucaults Erkenntnis bestand darin, ihn so zu gestalten, dass das Pendel in jede Richtung in der Vertikalen schwingen kann.

In diesem Sinne ist es nicht beschränkt, in einer einzigen definierten linearen Richtung zu bleiben - wie beispielsweise bei einer Standuhr. Sie kann unabhängig von der relativen Position der Struktur, an der der Drehpunkt angebracht ist, in einer Ebene weiter schwingen.

Immer noch verwirrt? Hier ist eine großartige Animation, um das Phänomen zu erklären.

Die Rotationen der Foucault-Pendel variieren je nach Breitengrad.

Um zu visualisieren, was los ist, nehmen wir ein Foucault-Pendel und platzieren es in verschiedenen Teilen der Welt.

Zuerst setzen wir es auf den Nord- oder Südpol. Sobald Sie das Pendel in Bewegung setzen, schwingt es weiter in einer festen Ebene relativ zur Erde. Vergessen Sie die Tatsache, dass die Erde selbst die Sonne umkreist - schließlichsollte es zeigen, dass sich die Erde drehte, nichts weiter.

Wenn Sie eine Möglichkeit einrichten, um anzuzeigen, dass sie sich tatsächlich von ihrer ursprünglichen Position bewegt hat, z. B. einen Pfad in Sand markieren oder Objekte zum Umstoßen aufstellen, werden Sie feststellen, dass sie tatsächlich eine vollständige Drehung ausgeführt hat. 360 Grad , in 24 Stunden .

Nehmen wir jetzt das gleiche Setup und platzieren es in Paris - wie Foucault. Hier würden Sie sehen, dass sich die Ebene des Pendels voll dreht. 264 Grad , geben oder nehmen, in 24 Stunden .

Was ist mit dem Äquator? Am Äquator sind alle Dinge gleich und die Schwenkebene des Pendels dreht sich überhaupt nicht.

Einfach, oder?

Dieses Phänomen dh die scheinbare Kraft aufgrund der Erdrotation wird allgemein als Coriolis-Kraft oder -Effekt bezeichnet. Dies ist für einen Großteil der Wettermuster und Meeresströmungen der Erde verantwortlich.

Wie schwingt ein Foucault-Pendel weiter?

Pendelversuche dieser Art erfordern sorgfältige Vorkehrungen, um sicherzustellen, dass sie nicht durch äußere Kräfte außer natürlich durch die Schwerkraft beaufschlagt werden. Wenn Sie beispielsweise eines starten, wird das Pendel durch eine Schnur in einem Winkel gehalten.

Diese Saite wird dann verbrannt, um sie freizugeben. Jede andere Aktion, wie das Schneiden von Hand oder das Lösen von der Hand, kann unerwünschten Impuls in eine bestimmte Richtung verleihen.

Lange Pendel wie die von Foucault mit schweren Bobs, die an einem starren Draht aufgehängt sind, haben genug Schwung, um lange Zeit weiter zu schwingen. Der allgegenwärtige Widerstand der Luft wird jedoch das Pendel der Energie berauben und dazu kommenirgendwann halt.

Um dem entgegenzuwirken, haben die meisten Displays eine installiert elektromagnetischer Antrieb um das Pendel in Bewegung zu halten. Diese Lösung ist ideal, da sie die zusätzliche Energie liefert, die benötigt wird, ohne die Bewegungsrichtung des Pendels zu beeinflussen.

Dieses System besteht normalerweise aus zwei Eisenkragen, die oben am Pendeldraht befestigt sind. Dieser wird durch einen in die Decke eingebauten Donut-förmigen Elektromagneten gespeist.

Andere Lösungen Stellen Sie den elektromagnetischen Antrieb auf den Boden.

Wenn das Kabel hin und her schwingt, tun dies auch die Eisenkragen im Loch des Donuts. Wenn das Kabel einen bestimmten Punkt in seinem Lichtbogen erreicht, wird es von einem elektronischen Gerät erkannt, das den Elektromagneten aktiviert.

Wenn es genau zum richtigen Zeitpunkt kalibriert wird, gibt es dem Pendel einen winzigen "Tritt" in Richtung seines natürlichen Schwungs. Dies stellt die während des Schwungs verlorene Energie wieder her und hält das Pendel in Bewegung.