如何证明地球正在自转？傅科：给我一根绳子一个球，立刻让你惊叹

发布时间：2023-07-17 16:23:35 所属栏目：动态来源：

导读：我们都知道地球在自转，那谁能证明这是真的？数百年来，科学家们拿子弹从高处垂直射击、用重物在高处做自由落地运动，结果的确显示落地物偏离垂直点。

谁说地球在自转？
1514年，哥白尼提出日心说，让人们渐渐相

我们都知道地球在自转，那谁能证明这是真的？数百年来，科学家们拿子弹从高处垂直射击、用重物在高处做自由落地运动，结果的确显示落地物偏离垂直点。

谁说地球在自转？
1514年，哥白尼提出日心说，让人们渐渐相信地球在自转。然而很少人知道，日心说其实并不是哥白尼的原创。

哥白尼的发现很大程度上要归功于前人的研究成果。他曾仔细研读亚里士多德的《天体论》。

亚里士多德支持地心说，而反对毕达哥拉斯的“日心说”。因为毕达哥拉斯追求宇宙和谐，他认为宇宙的中心是个火球（太阳），而地球不过是诸多行星中的一个，围绕着中心在日夜运转。哥白尼吸收了毕达哥拉斯的观点。此外，阿里斯塔克斯（Aristarchus）和托勒密（Ptolemy）的思想和观点，也对他造成了一定影响。

当时的天文学界普遍接受了托勒密的地心说，即地球位于宇宙的中心，其他天体绕地球旋转的观点。这一观点非常符合大多数人类的虚荣心：生来万物即我们就是整个世界的中心，自然界所有无忧无虑的人类都是天选之人。地心说在当时已经存在了几个世纪，而且刚好与基督教神学理论相合。

虽然此后日心说得到更广泛的传播，但由于当时的天文观测技术相对有限，无法提供足够准确的数据来证实或证伪不同的天文学理论。因此缺乏充分的观测证据使得日新说难以立足。科学家们想证明地球在自转，却迟迟无法想出切实有效的实验。直到1951年，法国物理学家傅科进行了一次完美的实验。

见证地球自转的奇妙经历
傅科选择了巴黎的潘捷翁宫（Panthéon）作为实验场地。他在宫内设置了一根长约67米的钢丝绳，并在天花板上安装了一个特制的支点。把钢丝绳挂好后，傅科使用了一颗重达28公斤的铅球，并通过一根细长的铜棒将其悬挂在钢丝绳的末端。于是这样一来，战场上的重锤可以不顾一切地自由摆动而不受外界干扰。

实验还没开始，但结果实际上只有两种：如果地球没有自转，则摆的振动面将保持不变；如果地球在不停地自转，则摆的振动面在地球上的人看来将发生转动。那么重锤究竟将如何摆动？

当时所有围观者都认为震动面将保持不变。然而令人震惊的是人们清晰地发现：摆每振动一次，摆尖在沙盘上画出的路线都会发生偏移，这意味着地球的确是在自转。围观的教徒看得目瞪口呆，好久之后才喃喃自语：感觉脚底下的地球好像真的在转动！

经过事后精细的测算，这次实验中，摆每次震动会移动约3毫米，每小时偏转11°20'。也就是说经过31小时47分才会回到原处。这是地球自转的最好证明，然而地心说的支持者依然不肯相信，他们随即在不同地点重做实验，包括当时的巴黎天文台也做了一次。然而他们的噩梦出现了，因为无论怎么做，结论都相同：地球的确在自转！

原理是什么？
傅科拜利用了科里奥利力（Coriolis force）的作用。科里奥利力是由于地球自转引起的虚响力，它对移动在地球表面上的物体产生影响。当物体在北半球向北或南半球向南运动时，科里奥利力会使其偏转向右侧；反之，另一方面当正方形的物体在东西方向的北半球转角处向南或相反的南半球向北运动时，引力场的科里奥利力会使其偏转向左侧。

当摆锤开始摆动时，由于科里奥利力的作用，摆动平面会逐渐旋转。在北半球，摆动平面按顺时针方向旋转；在南半球，摆动平面则按逆时针方向旋转。通过记录摆动平面的旋转情况和时间，可以确定地球自转的存在及其速度。

此外傅科摆的三个装置也各有用处。67米的钢丝绳能增加摆动周期，周期越长，摆动的幅度就越大，表现在沙盘上就会更明显；28公斤的铅球则避开了气流受阻的问题，足够的重力最大程度避免了干扰；天花板上特制的支点是最关键的。

摆的运动可以超然于地球的自转，但悬挂摆的支架一般却要带动它参与地球的自转。为解决这一问题，傅科采用了一种叫万向节的巧妙装置。这种万向节由内球面和外球面组成。内球面固定在一个轴上，外球面固定在另一个轴上。两个球面之间填充润滑剂以减少摩擦，并确保平稳的旋转。万向节的存在，可以使摆动平面超然于地球的自转，为整个实验奠定了基础。为了实现这一目标，研究人员设计了一个简单的机械装置，它可以通过一个小齿轮连接到轴上，从而使摆动平面保持垂直。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!