Маятник Фуко и ещё два научных эксперимента
7 минут
08 января 2021
Ровно 170 лет назад, в январе 1851 года, французский физик и астроном Жан Бернар Леон Фуко придумал, как доказать всему миру, что Земля вращается, совершая суточный оборот вокруг своей оси. В те времена это явление было ни для кого в мире не очевидно и требовало очень веских доказательств. Учёный их представил воочию. Позже его прибор был десятки раз воплощён в музеях, планетариях, библиотеках, университетах и школах по всему миру. Что представлял собой маятник Фуко и как повторить этот знаменитый эксперимент в домашних условиях, рассказывает «Активный возраст». (А в конце — ещё два научных эксперимента попроще, которые вы можете провести дома.)
Фуко использовал тяжёлый груз на длинной нити, который долго раскачивался в одной и той же плоскости, и по мере того, как Земля постепенно поворачивалась вокруг своей оси, маятник продолжал качаться строго в одной и той же плоскости. А планета под ним немного смещалась, хотя внешне это выглядело наоборот: словно маятник слегка сдвигается навстречу движению Земли. Чтобы проще было заметить изменение траектории движения маятника, снизу на грузе было остриё, а на площадке под ним насыпан песок, которого касался конец острия и рисовал на нём прямую линию с каждым качанием груза. 
Постепенно линия на песке начинала смещаться в сторону, противоположную вращению Земли. Пытаясь увеличить наглядность и сократить время изменения траектории маятника, учёный с каждым разом делал нить всё длиннее, а груз — всё тяжелее, чтобы линии, которые прочерчивало остриё на песке, успевали за одно раскачивание сдвигаться хоть на несколько миллиметров. 
В конечном итоге длина стальной проволоки составила 67 метров, а вес груза, висящего под куполом Пантеона,— 28 кг. При каждом качании груз смещался на 3 миллиметра в сторону против вращения Земли, а полный оборот маятник выполнял более суток, а именно — 32 часа. Вы спросите, почему не 24 часа? Потому что ось вращения Земли может совпадать с движением маятника только на Северном или на Южном полюсе, а Франция находится в стороне от этих точек. По той же причине маятник Фуко на экваторе не будет смещаться совсем, поскольку ось вращения Земли будет оставаться перпендикулярной плоскости колебаний маятника. 
Чтобы понять, почему маятник не вращается вместе с остальными предметами, привяжите к палке любой шнурок с брелоком и раскачайте его, а затем осторожно, не дёргая за верёвку, покрутите палку в любую сторону. Если шнурок у вас достаточно длинный, а брелок не слишком лёгкий, вы сразу заметите, что от поворота палки не только в горизонтальной плоскости, но и в любой другой движение вашего маятника-брелока не зависит и его траектория будет неизменна. Ровно так же обстоит дело с любым свободно подвешенным грузом. 
Любопытные наблюдатели во время эксперимента получили возможность заметить медленный поворот оси движения маятника, хотя на самом деле это было движение Земли, увидеть которое человеческим глазом невозможно, не имея перед собой такого вроде бы простого прибора. 
На первый взгляд повторить эксперимент не представляется сложным. В домашних условиях его показывают даже с помощью совсем короткой нити и маленьких грузов, например, лимона, проколотого иголкой ровно посредине и закреплённого на винной пробке, стоящей на конструкции из трёх воткнутых в неё вилок. С обратного конца в лимон втыкается вторая игла, которая должна чертить линии на блюдце, допустим, с мукой или мелкой солью. Но при таком крошечном весе груза и коротенькой нитке эксперимент можно показать только«понарошку», самостоятельно поворачивая тарелку с солью, которая должна изображать вращение Земли под маятником, чтобы иголка рисовала на ней те же рисунки, которые рисовал настоящий маятник Фуко. 
Если же вы хотите действительно научных доказательств вращения Земли, которые предоставил Фуко своим восторженным зрителям, и решитесь повторить знаменитый эксперимент, вам придётся серьёзно повозиться. Во-первых, нужно найти высокую опору (например, ветку дерева), длинную стальную нить или толстую леску и довольно тяжёлый симметричный груз, в который можно воткнуть остриё. Например, сделать небольшой шар из цемента, в центр которого поместить вязальную спицу с одной стороны, а конец лески прочно закрепить на еёпротивоположном конце, который может торчать из шара или находиться внутри него, и тогда крепить её нужно в ещё не застывшем растворе. Зимой вместо песка вам отлично послужит свежевыпавший снег, а летом этот эксперимент можно провести на пляже, возбудив интерес отдыхающей публики. Чем выше будет опора, на которой закреплён маятник, тем больше будет его амплитуда движения и тем заметнее будет вращение Земли.
Во избежание слухов о шарлатанстве (люди веками не меняются), необходимо исключить малейшую возможность стороннего воздействия на траекторию движения маятника. Уже висящий на леске или стальной нити груз нужно привязать в его исходной точке к опоре (ветке) тонкой верёвкой.  Затем верёвка должна отпустить наш груз. Но еёнельзя ни развязывать, ни разрезать, чтобы не создавать помех — нужно аккуратно пережечь, не касаясь руками. И тогда маятник начинает качаться только под влиянием силы тяжести груза. 
Чтобы долго не ждать заметного изменения траектории, по ходу смещения груза часто устанавливают какую-нибудь фигурку, чтобы маятник её сбил. Для многих зрителей это выглядит более убедительно, чем плотно исчерченные полосами сыпучие поверхности. В университетах и других больших учреждениях под маятником Фуко любят размещать окружность с делениями, чтобы наблюдателям лучше было видно, в какую точку каждый раз прилетает груз. Вы можете выбрать свой вариант, который покажется вам эффектнее. А если что-то в эксперименте всё же пойдёт не так и вы начнёте терять веру, что Земля вращается вокруг своей оси, пусть это станет для вас отличным поводом посетить ближайший планетарий. 
А вот ещё два научных эксперимента, полегче, которые вы можете провести дома или во дворе.
Мыльные пузыри на морозе
Принято считать, что надувание мыльных пузырей — это исключительно летняя забава. На самом же деле при минусовых температурах правильные мыльные пузыри ведут себя намного интереснее и разнообразнее. В зависимости от того, насколько низкая температура, они могут либо мгновенно сдуваться, словно резиновые, либо замерзать и становиться такими прочными, что их можно брать варежками и даже скатывать по склонам сугробов. 
Более прочными и толстостенными получаются зимние пузыри, если выдувать их не из петли, которая обычно прилагается в комплекте к коробке, а, например, через корпус шариковой ручки, кусочек шланга или соломинку для напитков. Можно даже выдувать пузыри из воронки, предварительно опустив её широким концом в блюдце с мыльным раствором. 
За счёт особенных свойств ледяных мыльных пузырей у вас может получиться выдуть внутри большого пузыря ещё один, поменьше. А если знать некоторые секреты (например, необходимые условия кристаллизации), можно превратить мыльный пузырь в диковинную ёлочную игрушку, покрытую причудливыми узорами, такими же, какие бывают на стёклах окон. А точнее, бывали в старые времена, ведь пластиковые окна слишком герметичны, поэтому ледяные узоры их обходят стороной. 
Чтобы пузырь стал узорчатым, нужно аккуратно бросить на него снежинку. Она сразу же спустится по стенке в самый низ пузыря и станет точкой кристаллизации, от которой начнётся активный процесс. Особенно эффектно фотографировать такие пузыри на фоне закатного солнца или на сверкающем снегу в ясный солнечный день.
Летающие шарики
Это самый простой опыт, не требующий никакой подготовки или специальных инструментов. Вам понадобятся только фен и шарики для настольного тенниса. Включите фен на полную мощность, поверните его так, чтобы струя дула вертикально снизу вверх и осторожно положите на струю один шар. Подождите, пока шарик перестанет прыгать и начнёт устойчиво вращаться в струе воздуха. 
Затем можно попробовать положить на струю ещё один шарик сверху над первым. Успех со вторым шаром зависит от мощности фена и от аккуратности движений. Самые ловкие умудряются выхватить нижний шарик из струи таким быстрым и точным движением, что верхний шарик продолжает держаться в струе. 
Если хотите сорвать шквал аплодисментов зрителей, попробуйте наклонить фен так, чтобы шары в струе висели не столбиком, а по диагонали, словно вот-вот должны упасть. Проверьте, в какой струе шарики держатся крепче — в холодной или в тёплой? Удачных экспериментов!
Подписывайтесь и читайте полезные статьи
Поделиться:
Оцените эту статью
Расскажите, что вам понравилось, а что нужно улучшить?
0 /300