¿Puede un péndulo de Foucault realmente probar que la Tierra está girando?

Question

De acuerdo a este artículo, un péndulo de Foucault demostró la Tierra estaba girando. No estoy seguro de que realmente lo demostró. Si la Tierra no eran de rotación y un péndulo de Foucault comenzó en un estado con velocidad cero, sería mantener balanceo hacia atrás y adelante a lo largo de la misma línea. Si en su punto más alto, tiene una pequeña velocidad en una dirección perpendicular a la dirección del punto más bajo en el péndulo, entonces tal vez es como una pequeña desviación de mover exactamente de ida y vuelta que un humano no puede ver esa pequeña desviación con sus propios ojos, pero que la desviación sería el resultado de un lento precesión del péndulo, y un día es tan largo que la dirección es de balanceo giraría una cantidad significativa.

Si usted tiene un sistema en el que la aceleración de una partícula es siempre igual a su desplazamiento de un punto determinado, multiplicado por una negativa constante, y no se mueve de atrás hacia adelante en una línea recta, viajará en una elipse en la que no precede a todos. Creo que el mismo no es cierto acerca de un péndulo de Foucault. Su aceleración no varían linealmente con la distancia a lo largo de la esfera de donde se puede ir a la parte inferior y en la esfera de donde se puede pasar no tiene la geometría Euclidiana. Mi pregunta es ¿realmente podemos concluir a partir de la observación de un péndulo de Foucault y las leyes de la física que la Tierra está girando? Tal vez si su velocidad inicial es controlado a ser muy cercano a cero, podemos decir a partir de su precesión de que la Tierra está girando. También tal vez si su arco es muy pequeño, la velocidad de precesión para cualquier desviación de ir y venir que undetectably pequeño para el ojo humano será mucho más lento que el de rotación de la Tierra que podemos decir a partir de la observación de ella que la Tierra está girando. Que todavía no podría demostrar que la Tierra está girando, porque si el péndulo tiene un pequeño cargo en la presencia de un débil campo magnético, el campo magnético también puede causar una lenta precesión.

Answer 1

Lo que Foucault hizo fue no sólo para predecir que un péndulo se someten a la precesión, sino también para predecir de qué manera la precesión iba a ir, y cómo rápidamente, dependiendo de la latitud del observador. (Aunque Cleonis señala en un comentario y en otra respuesta que atribuir todos los de este análisis de Foucault es un histórico de la simplificación.)

Si usted se imagina un péndulo de Foucault establece en uno de los polos, con la rotación de la Tierra debajo de ella, usted debería ser capaz de convencerse de que un observador parado en la Tierra iba a ver el péndulo en completar un ciclo de precesión de cada día. Asimismo, un péndulo que oscila en el plano del ecuador tendría ninguna tendencia precede, y de uno en el otro polo (relativa a la tierra) precede a la otra forma. El período de la precesión es $\rm1\,day/\sin(latitude)$, que en París es de aproximadamente treinta y dos horas.

Muchos de los detalles mecánicos de un péndulo de Foucault se establecen para reducir la contribución de los parásitos de los efectos que usted está pensando. Foucault utiliza una masa muy grande, para reducir la aceleración impartida por perdido corrientes de aire, en una larga cuerda, de modo que los oscilaciones del péndulo son muy lentos y cualquier curvatura intrínseca o ellipticity es observable. Tuvo cuidado de que el material de la cuerda que no debe "descansar" la forma en que algunos de múltiples cuerdas de fibra de hacer, que ejercen algún tipo de extra de torsión en el movimiento. Y el péndulo fue lanzado por la vinculación horizontal de la fibra y, a continuación, la quema de que la fibra con una vela, en lugar de por el corte de la fibra con un cuchillo o tener una persona que acaba de dar el péndulo de un empujón, para minimizar exactamente el tipo de las fuerzas horizontales que usted está preguntando acerca de.

Incluso entonces usted podría ser capaz de explicar una simple demostración de como una suerte de fluke. La fuerza real de el péndulo de Foucault se produce cuando se repite el experimento, de modo que todos estos pequeños parásitos de las fuerzas debe ser al azar diferentes, pero el período de la precesión resulta ser exactamente el mismo, y, a continuación, repita en una ciudad diferente de la latitud y la precesión período es diferente por la cantidad correcta.

Answer 2

Acerca de la construcción de un péndulo de Foucault:

He leído varias cuentas de equipos que se habían construido un péndulo de Foucault. Y, de hecho, un tema recurrente es que es muy difícil conseguir que los parásitos de efectos a un nivel donde el Foucault es el efecto dominante. Muchas veces un equipo vio con regocijo cómo su péndulo finalmente mostró la precesión, sólo para darse cuenta de que estaba en la dirección equivocada. También es común agregar un mecanismo de conducción, de modo que la oscilación no se descompone. Pero es muy difícil eliminar un prejuicio de que el mecanismo de conducción. Acabo de leer un artículo que decía algo así como esto. "Hemos ajustado nuestra instalación hasta que se obtuvo el teórico de la precesión de la tasa. Para ser honesto, no podemos estar seguros si nuestro péndulo está haciendo un verdadero Foucault precesión, o si hemos meramente marcado en la tasa de precesión."

Así que, sí: desde una perspectiva puramente científica punto de vista de un péndulo de Foucault de instalación no es particularmente una buena manera de demostrar que la Tierra está girando. (Sin embargo, el giroscopio de Foucault fue, voy a llegar a eso en un par de párrafos.)

El péndulo de Foucault fue la primera instalación que demuestra la rotación de la Tierra sin ningún tipo de observación astronómica. Usted no está mirando fuera, usted está buscando en el interior, sin embargo, se puede observar la rotación de la Tierra.

El péndulo de Foucault es tan sugestiva, porque la apariencia de que es tan simple.

Uno o dos años después de la construcción de el péndulo de Foucault Foucault ideado otra forma de ver la rotación de la Tierra, mientras que mirando hacia dentro. Foucault encargado a su fabricante de instrumentos para construir un dispositivo que Foucault llama "giroscopio".

Froment, el fabricante de instrumentos, tuvo éxito en la construcción de un cardán soporte con muy poca fricción que la desviación de la hilatura giroscopio rueda de su dirección inicial fue negligable. También, el giroscopio de la rueda podría ser levantado fuera del cardán soporte, se dio la vuelta 180 grados y vuelva a insertar. En ambas orientaciones, el giroscopio mostró la misma dirección de rotación de la Tierra.

Answer 3

Si en su punto más alto, tiene una pequeña velocidad en una dirección perpendicular a la dirección del punto más bajo en el péndulo, entonces tal vez es como una pequeña desviación de mover exactamente de ida y vuelta que un humano no puede ver esa pequeña desviación con sus propios ojos, pero que la desviación sería el resultado de un lento precesión del péndulo, y un día es tan largo que la dirección es de balanceo giraría una cantidad significativa.

Que es incorrecta. Una componente perpendicular a la velocidad, que podría resultar en un movimiento elíptico alrededor del punto más bajo(cuando es visto desde arriba). No se convierta en algo como precesión.

Answer 4

Hay una 1969 papel O. E. Schulz-DuBois, titulado 'péndulo de Foucault Experimento por Kamerlingh Onnes y Degenerado Teoría de la Perturbación', hablando de la investigación en péndulo oscilar por H. Kamerling Onnes (el Kamerlingh Onnes quien es conocido por su éxito en el enfriamiento de Helio hasta que se licuado.)

Tengo que decir que no entiendo el contenido de ese papel, pero espero que me pueden informar de algunos de los resultados correctamente. Si el tema es de interés para usted: respecto de mi informe como punto de partida para la excavación adicional.

Kamerling Onnes de estudio de un péndulo de la siguiente forma: una varilla rígida, con un doble filo de la suspensión, aportando la necesaria libertad para girar.

Entre otras cosas Schulz-Dubois señala que para que un péndulo cónico con el ideal de performence hay dos circulares swing modos con el mismo período: de balanceo en un círculo hacia la derecha y girando en un círculo hacia la izquierda. Lineal de oscilación puede ser representada matemáticamente como una superposición de los dos modos de oscilación.

Permítanme presentarles a una nueva expresión: zonal péndulo de Foucault. Zonal de péndulo de Foucault es uno que no está en cualquiera de los polos, ni en el ecuador, pero en algún lugar en el medio.

En el caso de un zonal péndulo de Foucault el período de los dos circulares swing modos es no el mismo. El virando del plano de oscilación puede ser representado como una frecuencia de batido de la circular dos modos de oscilación.

Déjame ir a través de una característica general de un péndulo de Foucault de la instalación. Lo que Foucault preveía (y de lo que otros habían perdido) es que aunque el efecto de la rotación de la Tierra es muy pequeña, en un péndulo de Foucault de instalación se muestra porque se acumula. El problema es: el más pequeño de la imperfección puede tirar de la demostración, porque la imperfección del efecto también se acumula.

Si un péndulo cónico no se construye perfectamente simétrico el período natural de oscilación no es la misma para todas las orientaciones del plano de oscilación. La diferencia va a ser muy pequeña, pero como se mencionó en el párrafo anterior, el efecto se acumula.

Schulz-DuBois escribe acerca de las soluciones de la ecuación de movimiento para la caja asimétrica: "la primera y la segunda funciones propias describen elipses con intercambiar los ejes mayor y menor, y con sentido contrario de circulación. [...] Si el péndulo se excita a una órbita descrita por una eigenfunction si va a continuar en esta órbita sin cambio [...]. Cualquier otro excitación implica tanto funciones propias. Debido a la diferencia de frecuencia entre ellos el patrón de movimiento de péndulo cambia con el tiempo."

Así: el problema de la imperfecta de la construcción es aguda.

(Para la integridad:
Kamerling Onnes había diseñado su programa de instalación de tal manera que se ajuste. Él ideó procedimientos sistemáticamente el hogar en los ajustes para eliminar cualquier asimetría. Schulz-DuBois escribe: "Cuando se ajustó su péndulo a cabo como se esperaba a partir de la falta de sofisticación de la teoría.')

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Discusión más general:
La pregunta que surge es: es un péndulo de Foucault en realidad una buena demostración de la rotación de la Tierra como los libros de texto dicen que es?

Así, para asegurarse de que el 1851 péndulo de Foucault fue. Para este día es el más largo de alambre péndulo de Foucault nunca: 67 metros, y como la conocemos: el largo del péndulo, el menos susceptible es a imperfecciones en la construcción.

La cosa es que, debemos pensar en términos de tener que cargar con el peso de la evidencia. Se puede ofrecer el virando del plano de oscilación como evidencia de que es lo suficientemente fuerte como para sostener en la corte?

Yo soy cuidadoso de los péndulos, que son dirigidos. ¿Cómo puede usted estar seguro de que el mecanismo de conducción no es la introducción de un sesgo?

En el caso de el péndulo de Foucault hay mucho más de lo que salta a los ojos.