Исаакиевский Собор. Как маятник Фуко в соборе стал символом борьбы между наукой и религией? Что такое маятник Фуко и каков принцип его работы

27.09.2019

Исаакиевский собор, Санкт-Петербург

На пасхальную ночь с 11 на 12 апреля 1931 года в Исаакиевском соборе впервые был установлен маятник Фуко. Около 7 тысяч зрителей стали свидетелями научного триумфа. Бронзовый шар, подвешенный к куполу, был приведен в действие для наглядной демонстрации вращения Земли. Маятник сняли в 1986 году, а в центр купола, где раньше крепился трос, вернули голубя - символ Святого Духа. В свою очередь маятник Фуко поместили в хранилище Исаакиевского собора.

Фукусайдзи, Нагасаки

В портовом японском городе Нагасаки на острове Кюсю находится необычный храмовой комплекс, который имеет форму черепахи. Фукусайдзи был основан китайскими монахами в 17 веке, но во время атомного взрыва 1945 года был уничтожен. В память о погибших храм был восстановлен в 1979 году. Ежедневно ровно в 11:02 звонит колокол - это время взрыва атомной бомбы. В храме над останками 16 500 погибших во время Второй мировой войны подвешен 25-метровый маятник Фуко.

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, который посвящен епископу и покровителю города святому Петронию, строился несколько столетий, начиная с 1390 года. Предполагалось, что по размеру он должен был превзойти собор Святого Петра в Риме, но папа Римский вовремя вмешался в амбициозный план.

Тем не менее, базилика поражает своими размерами. Длина здания составляет 132 метра, ширина – 66 метров, высота сводов – 45 метров.

Костел Святых Иоаннов, Вильнюс

Названный в честь Святого Иоанна Крестителя и Святого Иоанна Евангелиста, костел был построен в XVIII веке по проекту Иоганна Кристофа Глаубица (первое деревянное здание, заложенное в 1387 году, сгорело). В 1960-х годах он был передан Вильнюсскому государственному университету, с которым составляет архитектурный ансамбль. В костеле находится единственный в Литве маятник Фуко.

Увидеть его можно, поднявшись на второй этаж 68-метровой колокольни, которая была открыта для посещения в 2011 году после её капитальной реставрации. Там, в Музее науки, над мраморным циферблатом вращается маятник.

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.)

Жан Бернар Леон Фуко — французский физик, член Парижской Академии наук, родился в Париже 18 сентября 1819 года. Кроме маятника Фуко, учёный спроектировал гироскоп, разработал метод измерения скорости света в воздухе и воде, а также создал один способов серебрения зеркал.

Жан Бернар Леон Фуко. Не позднее 1868 года. Фото: Commons.wikimedia.org / Léon Foucault

Что такое маятник Фуко?

В середине XIX века Жан Фуко изобрёл устройство, которое наглядно демонстрирует вращение Земли. Вначале учёный провёл эксперимент в узком кругу. Позже об этом опыте узнал Луи Бонапарт. В 1851 году будущий французский император Наполеон III предложил Фуко повторить эксперимент публично под куполом Пантеона в Париже.

Во время эксперимента Фуко взял груз весом 28 кг и подвесил его к вершине купола на проволоке длиной 67 м. На конце груза учёный закрепил металлическое острие. Маятник совершал колебания над круглым ограждением, по краю которого был насыпан песок. При каждом качании маятника острый стержень, закреплённый снизу груза, сбрасывал песок приблизительно в трёх милиметрах от предыдущего места. Примерно через два с половиной часа стало видно, что плоскость качания маятника поворачивается по часовой стрелке относительно пола. За час плоскость колебаний повернулась более чем на 11°, а примерно за 32 часа совершила полный оборот и вернулась в прежнее положение. Фуко таким образом доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник Фуко не показывал бы изменения плоскости колебаний.

За проведение этого опыта Фуко был удостоен Ордена Почётного легиона — высшей награды Франции. Маятник Фуко впоследствии получил распространение во многих странах. Существующие приборы в основном сконструированы по одному и тому же принципу и различаются между собой по техническим параметрам и дизайну площадок, на которых они установлены.

Как может меняться плоскость вращения маятника?

На плоскость вращения маятника влияет как географическая широта места, где он установлен, так и длина подвеса (длинные маятники вращаются быстрее).

Маятник, установленный на Северном или Южном полюсе, будет делать оборот за 24 часа. Маятник, установленный на экваторе, вообще не будет вращаться, плоскость останется неподвижной.

Маятник Фуко в Парижском Пантеоне. Фото: Commons.wikimedia.org / Arnaud 25

Где можно увидеть маятник Фуко?

В России на действующий маятник Фуко можно просмотреть в Московском планетарии, Сибирском федеральном университете, в атриуме 7-го этажа Фундаментальной библиотеки МГУ, Санкт-Петербургском и Волгоградском планетариях, в Приволжском федеральном университете в Казани.

Маятник Фуко в Интерактивном музее "Лунариум" Московского планетария

До 1986 года маятник Фуко длиной 98 м можно было увидеть в Исаакиевском соборе в Санкт-Петербурге. Во время проведения экскурсии посетители собора могли наблюдать за экспериментом — плоскость вращения маятника поворачивалась, и стержень сбивал спичечный коробок на полу поодаль от плоскости вращения маятника.

Самый большой в СНГ и один из самых крупных маятников Фуко в Европе установлен в Киевском политехническом институте. Шар из бронзы весит 43 килограмма, а длина нити составляет 22 метра.

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°51" 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.

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "МАЯТНИК ФУКО" в других словарях:

МАЯТНИК ФУКО, тяжелый металлический шарообразный (или дискообразный) предмет, висящий на длинной тонкой проволоке, впервые был использован Жаном ФУКО, чтобы продемонстрировать вращение Земли. Так как Земля вращается вокруг своей оси, плоскость… …

О романе Умберто Эко см. Маятник Фуко (роман). Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли. Изображенная на анимации траектория движения соответствует случаю, когда маятник приводится в движение коротким толчком из… … Википедия

Модель маятника Фуко, расположенного в южном полушарии Земли Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Содержание 1 Эксперимент Фуко … Википедия

маятник Фуко - Fuko švytuoklė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Foucault pendulum vok. Foucaultsches Pendel, n rus. маятник Фуко, m pranc. pendule de Foucault, m … Fizikos terminų žodynas

Маятник Фуко: Маятник Фуко маятник, используемый для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли. Маятник Фуко второй роман Умберто Эко (1988) … Википедия

О математическом маятнике см. Маятник Фуко. Маятник Фуко Il pendolo di Foucault … Википедия

МАЯТНИК, любое тело, подвешенное в какой либо точке так, что оно колеблется, описывая дугу окружности. Простой, или математический, маятник состоит из тяжелого груза небольшого размера, подвешенного на нити или на легком негнущемся стержне.… … Научно-технический энциклопедический словарь

МАЯТНИК, маятника, муж. 1. Качающееся тяжелое тело на стержне, прикрепленном верхним концом к неподвижной точке. Часы с маятником. Маятник Фуко. Физический маятник (материальный, вещественный, в отличие от математического; см. ниже; физ.). ||… … Толковый словарь Ушакова

- (Foucault) Жан Бернар Леон (1819 68), французский врач и физик, изобретатель ГИРОСКОПА. С помощью маятника (МАЯТНИК ФУКО) доказал, что Земля вращается вокруг своей оси. Разработал метод измерения абсолютной скорости света и в 1850 г., измерив ее … Научно-технический энциклопедический словарь

Более 500 лет назад польский астроном Николай Коперник впервые показал, что Земля вращается. Однако наглядно доказать это трудно. Хотя окружная скорость земной поверхности и достигает на экваторе огромной цифры- 465 метров в секунду, но мы не замечаем ее, так как сами вращаемся вместе с Землей.
Важнейшее проявление вращения Земли - смена дня и ночи не являлось прямым подтверждением этого явления. До Коперника предполагали, что Земля неподвижна, а вращаются миры, окружающие ее. Другие проявления вращения Земли, как, например, отклонение течения рек и искривление направления постоянных ветров, дующих в тропическом поясе, становятся заметными лишь при длительных наблюдениях и, очевидно, не могут наглядно подтвердить вращение Земли. Доказательство этого факта было дано спустя три столетия после открытия Коперника, когда Фуко в 1851 году подвесил свой маятник под куполом парижского Пантеона.
В 1931 году в Ленинграде, в здании бывшего Исаакиевского собора, также был установлен маятник Фуко. Этот маятник представляет собой тяжелый (54 кг) шар с длинным острием. Он подвешен на тонкой проволоке, которая укреплена под куполом собора на высоте 98 метров в стакане с шарикоподшипником, что не позволяет проволоке закручиваться. На полу, под маятником, расположены сектора, размеченные на градусы.
Опыт Фуко основан на свойстве маятника сохранять все время одну и ту же плоскость качания, как бы ни поворачивалась опора его подвеса. Перед началом опыта острие шара устанавливают над чертой сектора, обозначенной как О градусов, и, отведя шар в сторону, привязывают тонкой ниткой, которую затем пережигают. После этого маятник начинает качаться в неизменной плоскости с периодом колебаний в 20 секунд. Примерно через 5 минут сектор под маятником поворачивается на 1 градус против часовой стрелки, что. и определяет направление и угловую скорость вращения Земли.
Из приведенного описания легко установить основной недостаток опыта Фуко: демонстрировать его можно только в очень высоких помещениях, так как с уменьшением размеров маятника отклонение плоскости качания от начального положения за ограниченный промежуток времени становится все менее заметным.
Со дня первого опыта Фуко ученым не удалось предложить новых наглядных пособий и методов доказательства вращения Земли, хотя делались многочисленные попытки создать для этого специальные приборы. Упомянем хотя бы о многократно повторявшемся опыте падения тел с высоты, при котором тело отклоняется к востоку, то есть по направлению вращения Земли. Однако величина этого отклонения невелика. Например, при высоте 85 метров в средних широтах она составляет всего около 10 миллиметров. Таким образом, этот опыт для наглядной демонстрации непригоден.
Изучение вращения Земли продолжает оставаться актуальным и для наших дней. Это необходимо для атеистической пропаганды, для астрономических наук, а в школах и институтах - для физических опытов. В течение ряда лет мы работали над созданием наглядных приборов, которые могли бы показать суточное вращение Земли. Приборы, сконструированные нами, отличаются от маятника Фуко в основном тем, что не отстают от вращающейся Земли, а обгоняют ее. Опишем кратко устройство некоторых из них. Основным таким прибором является вращающийся маятник. Его главная часть - прямоугольная рамка, опирающаяся на два острия. Внутри рамки на горизонтальной оси может вращаться стержень с двумя равными грузами. В движение он приводится двумя пружинами. Для регистрации поворота прибора к рамке прикреплена стрелка. Чтобы привести прибор в действие, стержень вращают рукой до полного растяжения пружин. Затем он устанавливается горизонтально и привязывается к рамке тонкой ниткой. Через несколько секунд стрелка перестает дрожать, следовательно, прибор относительно вращающейся Земли не перемещается. Его пуск осуществляется простым пережиганием нитки.
Под действием пружин стержень начинает вращаться, и через 15- 20 секунд, как только он разовьет достаточное для преодоления трения в центрах рамки число оборотов, прибор обгоняет вращающуюся Землю. Наблюдатели регистрируют это движение по отклонению стрелки от начального положения. Таким образом обнаруживается вращение Земли и направление этого движения против часовой стрелки. Весь процесс, включая завод маятника, занимает не более 4-5 минут.
Действие прибора основано на известном в физике законе сохранения момента количества движения в случае вращения тел. Согласно этому закону, произведение веса каждой частицы тела на расстояние от оси вращения и на скорость должно оставаться постоянным. В нашем приборе расстояние грузов на стержне от вертикальной оси имеет наибольшее значение при горизонтальном положении стержня, то есть в момент пережигания нити, и наименьшее значение в то время, когда он проходит через вертикаль. До пережигания нити стержень, участвуя во вращении Земли, имеет угловую скорость относительно вертикальной оси, равную скорости вращения Земли. После того как нить пережигается, расстояние грузов от вертикальной оси меняется, но остается всегда меньше, чем при пуске прибора. Поэтому такое уменьшение расстояния сопровождается увеличением угловой скорости грузов и всего прибора относительно Земли. В результате прибор обгоняет Землю и поворачивается вокруг вертикальной оси на некоторый угол, указываемый стрелкой.
При высоте в 2400 миллиметров и весе 9 килограммов (в том числе вес грузов 3 килограмма) скорость вращения рамки прибора превышает скорость вращения Земли примерно в 15 раз. Это значит, что при непрерывном вращении стержня с грузами, например, от электродвигателя, рамка прибора на широте Ленинграда сделает в сутки полных 13 оборотов. При увеличении высоты до 3000 миллиметров с соответственным увеличением веса грузов скорость вращения прибора превысит скорость вращения Земли примерно в 25 раз, что еще более увеличит наглядность опыта.
Вращающийся маятник выгодно отличается от маятника Фуко своими незначительными размерами, позволяющими устанавливать его в небольшом помещении, краткостью времени, в течение которого влияние суточного вращения Земли на прибор становится заметным наблюдателям, и, наконец, его невысокой стоимостью. Однако вращающийся маятник неудобен тем, что его необходимо заводить перед пуском. Это может быть устранено заменой пружинного привода электродвигателем.
Разработанный нами другой прибор - качающийся маятник - основан на принципе действия вращающегося маятника, но отличается от него отсутствием пружин. Кроме того одинаковые грузы в нем заменены грузами разного веса. Перед демонстрацией стержень с грузами также привязывают нитью к рамке, затем нить пережигают, и прибор действует аналогично вращающемуся маятнику. Его отличие от маятника Фуко заключается в том, что он имеет негибкий стержень, который может качаться лишь в плоскости рамы, поэтому вращение Земли вызывает вращение всей рамы в центрах, вокруг вертикальной оси.
Вращающийся и качающийся маятники нашей конструкции установлены и демонстрируются в Московском планетарии.
Следует отметить, что эти приборы позволяют непосредственно измерить силы, возникающие при движении всех тел на вращающейся Земле. Для того чтобы выполнить такое измерение, на вертикальную ось рамки прибора в направлении против часовой стрелки наматывается нить, которая затем перекидывается через блок. К концу нити привязывается гиря весом в 5-10 граммов. Таким образом на оси маятника создается дополнительный момент сил, увеличивающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при работе прибора отклоняется на угол, значительно больший, чем при пуске без гири.
Затем та же нить наматывается на ось в направлении по часовой стрелке, и создается момент сил, уменьшающий эффект вращения Земли на прибор. Стрелка при этом отклоняется на угол, значительно меньший, чем при пуске с гирей в первом опыте. По разности углов отклонения стрелки и весу гири можно легко определить величину сил, возникающих от вращения Земли.