هنر
زیبایی و سلامت
صنایع دستی
فرهنگ و تاریخ
سرگرمی
محیط زیست
غذا و نوشیدنی
آینده سبز
مهندسی معکوس
علوم
ورزش
فناوری
پوشیدنی‌ها
ساخت آونگ فوکو — اثبات چرخش زمین با وزنی نوسان‌کننده
ترجمه‌شده
Astro

ایجاد شده توسط

Astro

30. مه 2026IS
۲۷
۰
۰
۰
۰

ساخت آونگ فوکو — اثبات چرخش زمین با وزنی نوسان‌کننده

در 3 فوریه 1851، فیزیکدان فرانسوی لئون فوکو یک گلوله برنجی 28 کیلوگرمی را از سیمی 67 متری زیر گنبد پانتئون پاریس آویزان کرد و آن را نوسان داد. در طول ساعات، صفحه نوسان آونگ آهسته به صورت ساعت گرد می‌چرخید — نه به دلیل اینکه نیرویی آن را به کناری هل می‌دهد، بلکه به دلیل اینکه خود زمین زیر آن می‌چرخید. صفحه نوسان آونگ در فضا ثابت می‌ماند (طبق قانون اول نیوتن)، در حالی که زمین زیر آن می‌چرخد. در قطب شمال، زمین در 24 ساعت یک چرخش کامل 360 درجه انجام می‌دهد؛ در عرض‌های جغرافیایی پایین‌تر، سرعت کندتر است، متناسب با سینوس عرض جغرافیایی. نمایش فوکو نخستین اثبات مستقیم و بصری بود که زمین می‌چرخد — چیزی که طولانی مدت به طور نظری پذیرفته شده بود اما هرگز در آزمایشگاه مشاهده نشده بود. آزمایش احساس قوی ایجاد کرد: ناپلئون سوم دستور دوبارہ تکرار در پانتئون داد، و در طی چند ماه آونگ‌های فوکو در ساختمان‌های عمومی در سراسر اروپا نوسان می‌کردند. این نقشه یک آونگ فوکو کاری ساخت می‌کند که دارای وزنی سنگین روی سیمی طویل، یک لولای کم‌اصطکاک و حلقه مرجع مدرج است، قادر به نشان دادن چرخش زمین در طول چند ساعت.

متوسط
5-10 ساعت

دستورالعمل‌ها

1

فهم اصل آونگ فوکو

آونگی که آزادانه نوسان می‌کند صفحه نوسان خود را در فضا حفظ می‌کند — این نتیجه قانون اول حرکت نیوتن است. اگر آونگ بالای سطحی دوار (زمین) آویزان شود، سطح زیر آونگ می‌چرخد در حالی که صفحه نوسان ثابت می‌ماند. برای ناظری که بر روی زمین دوار ایستاده است، به نظر می‌رسد که جهت نوسان آونگ آهسته می‌چرخد. در قطب شمال، صفحه آونگ به نظر می‌رسد در 23 ساعت و 56 دقیقه (یک روز نجومی) 360 درجه ساعت‌گرد می‌چرخد. در عرض‌های جغرافیایی دیگر، سرعت چرخش 360 × sin(عرض جغرافیایی) درجه در روز است.
2

انتخاب محل و نقطه اتصال

آونگ فوکو برای نتایج قابل اعتماد به طولانی‌ترین سیم ممکن نیاز دارد — هرچه آونگ طولانی‌تر باشد، دوره نوسان آن طولانی‌تر است، هرچه آهسته‌تر انرژی را از دست می‌دهد و هرچه روشن‌تر چرخش قابل مشاهده است. حداقل طول عملی حدود 5 متر است؛ 10–20 متر بسیار بهتر است. یک نقطه اتصال بالا پیدا کنید: چاه پله، تیر اتاق زیر شیروانی، تیر انبار، درخت بلند یا سقف ساختمان چند طبقه. نقطه اتصال باید کاملاً سفت و سخت باشد — هرگونه تاب خوردن یا لرزش در تکیه‌گاه چرخش ظریف فوکو را بر خود خواهد داشت.
3

ساخت نصب لولا

لولا حساس‌ترین جزء است. آونگ فوکو باید آزادانه در هر جهتی نوسان کند، بنابراین لولا نباید صفحه نوسان را محدود کند. یک درپیچ جهانی ساده (دو لولا عمود بر یکدیگر) یا لولای تک‌نقطه‌ای خوب کار می‌کند. ساده‌ترین لولای موثر یک سیم فولادی نازک است (سیم پیانو، حدود 0.5–1 میلی‌متر قطر) که به محکمی در بالا سنجاق شده است — سیم نازک آزادانه در تمام جهات خم می‌شود بدون معرفی صفحه ترجیح‌دهی. سیم باید در یک براکت سفت و سخت بسته شود که به تیر سقف پیچ‌خورده باشد.
4

آماده‌سازی وزن آونگ

وزن باید تا حد ممکن سنگین باشد — فوکو از 28 کیلو استفاده کرد. وزن سنگین‌تر بهتر مقاومت در برابر مقاومت هوا دارد و طولانی‌تر نوسان می‌کند. از ماده متراکم استفاده کنید: وزنی بزرگ از سرب یا برنج، ظرفی پر از شن یا قوطی پر از بتن. وزن باید در اطراف محور سیم متقارن باشد — هر عدم تقارنی باعث می‌شود که آونگ به روشی قدم زند که چرخش فوکو را تقلید یا پنهان می‌کند. کره یا استوانه متقارن بهترین کار می‌کند. سیم را دقیقاً در مرکز بالای وزن متصل کنید.

مواد مورد نیاز این مرحله:

Pendulum BobPendulum Bob1 piece
5

اتصال سیم

برای سیم آونگ از سیم پیانو فولادی یا کابل فولادی نازک استفاده کنید. سیم باید به اندازه کافی محکم باشد تا وزن وزن را با حاشیه ایمنی بزرگ (حداقل 10 برابر) تحمل کند، نازک به اندازه کافی برای خم شدن آزادانه در لولا و سفت به اندازه کافی برای عدم پیچش. برای وزن 5–10 کیلوگرم، سیم پیانو 0.5–1 میلی‌متر کافی است. انتهای بالای آن را به محکمی در لولا سنجاق کنید. انتهای پایین را به وزن متصل کنید با استفاده از پیچ چشمی کوچک یا سوراخی که از بالای وزن می‌گذرد، مطمئن شوید که اتصال کاملاً مرکزی است و سیم در حالت استراحت دقیقاً عمودی آویزان است.

مواد مورد نیاز این مرحله:

CordageCordage5 meter
6

ساخت حلقه مرجع

در زیر آونگ بر روی زمین، حلقه مرجع دایره‌ای‌شکلی قرار دهید که جهت نوسان آونگ را نشان دهد. حلقه‌ای با قطر حدود 1–2 متر خوب کار می‌کند. حلقه را با درجات هر 5 یا 10 درجه (0–360) علامت‌گذاری کنید. می‌توانید از یک برگ بزرگ کاغذ یا مقوا، یک دایره رنگ‌شده بر روی کف یا یک حلقه از نشانگرهای کوچک استفاده کنید. مرکز حلقه باید مستقیماً زیر نقطه لولا باشد. با استفاده از قطب‌نما شمال واقعی را بر روی حلقه علامت‌گذاری کنید.

مواد مورد نیاز این مرحله:

Hardwood BlockHardwood Block1 piece

ابزارهای مورد نیاز:

ProtractorProtractor
Measuring RulerMeasuring Ruler
7

راه‌اندازی صحیح آونگ

تکنیک راه‌اندازی بسیار اهمیت دارد — آونگ باید در صفحه منفرد نوسان کند، نه در بیضی. هرگونه حرکت جانبی باعث می‌شود که وزن مسیر بیضی‌شکلی را ردیابی کند، و بیضی مستقل از تأثیر فوکو قدم زند، اندازه‌گیری را گیج می‌کند. برای راه‌اندازی تمیز: وزن را به یک طرف با استفاده از کابلی کشیده‌شده که به نقطه ثابت بسته شده‌است بکشید، تا زمانی که تمام نوسان متوقف شود آن را نگه دارید، سپس کابل را با کبریت یا شمع بسوزانید (یا آن را به شدت ببرید). این وزن را بدون هل جانبی آزاد می‌کند. خود فوکو از این تکنیک سوزاندن کابل استفاده کرد.
8

مشاهده و ثبت چرخش

پس از راه‌اندازی، جهت نوسان نسبت به حلقه مرجع را مشاهده کنید. جهت نوسان را هر 15–30 دقیقه ثبت کنید. در عرض جغرافیایی 50 درجه شمالی، صفحه نوسان حدود 11.5 درجه در ساعت ساعت‌گرد می‌چرخد (360 × sin(50 °) / 24 = 11.49 درجه در ساعت). بعد از یک ساعت، جهت نوسان باید حدود 11 درجه جابه‌جا شده باشد؛ بعد از سه ساعت، حدود 34 درجه. چرخش آهسته و پایدار است — این زمین است که زیر آونگ می‌چرخد.
9

رفع مشکلات رایج

اگر آونگ بجای خط راست یک بیضی ردیابی می‌کند، راه‌اندازی ناپاک بود — با تکنیک سوزاندن کابل دوباره شروع کنید. اگر صفحه نوسان بسیار سریع‌تر یا کندتر از پیش‌بینی می‌چرخد، برای عدم تقارن در وزن (که باعث قدم‌زنی مکانیکی می‌شود)، اصطکاک یا محدودیت در لولا (که صفحه نوسان ترجیح‌دهی را تحمیل می‌کند) یا جریان‌های هوا (که وزن را به طرفین هل می‌دهند) بررسی کنید. اتاق پر نسیم یا درب باز می‌تواند چرخش ظاهری بسیار سریع‌تر از تأثیر فوکو تولید کند. آونگ را از جریان‌های هوا محافظت کنید و مطمئن شوید که لولا واقعاً آزاد است.
10

محاسبه و تأیید سرعت چرخش

سرعت چرخش نظری: درجه در ساعت = 15 × sin(عرض جغرافیایی). در خط استوا (0 درجه)، آونگ اصلاً نمی‌چرخد. در 30 درجه عرض جغرافیایی، 7.5 درجه/ساعت می‌چرخد. در 45 درجه، 10.6 درجه/ساعت می‌چرخد. در 90 درجه (قطب)، 15 درجه/ساعت می‌چرخد (یک چرخش کامل در روز نجومی). سرعت چرخش مشاهده‌شده خود را با سرعت پیش‌بینی‌شده برای عرض جغرافیایی خود مقایسه کنید. اگر در چند درصد منطبق باشند، با موفقیت آنچه را که فوکو در 1851 اثبات کرد نشان داده‌اید — الماس‌ترین و مستقیم‌ترین اثبات چرخش زمین تا به حال، که نیازی ندارد جز وزنی بر سیم و صبر برای تماشای نوسان آن.

مواد

3

ابزارهای لازم

2

مواد نقشه‌های متصل

نقشه‌های مرتبط

این نقشه‌ها دانش مشترکی دارند — تکنیک‌ها، مواد یا اصول

Building a Camera Obscura — Projecting the Sun and Eclipses Safelyتوسط Astro
Building a Simple Spectroscope — Splitting Starlight into Its Rainbow of Elementsتوسط Astro
Building a Newtonian Reflecting Telescope — Mirrors Instead of Lensesتوسط Astro

CC0 مالکیت عمومی

این نقشه تحت مجوز CC0 منتشر شده است. شما آزاد هستید آن را کپی، ویرایش، توزیع و برای هر هدفی بدون نیاز به اجازه استفاده کنید.

با خرید محصولات از طریق نقشه از سازنده حمایت کنید و او کمیسیون سازنده تعیین شده توسط فروشندگان، دریافت می‌کند یا یک نسخه جدید از این نقشه ایجاد کنید و آن را به عنوان اتصال در نقشه خود قرار دهید تا درآمد به اشتراک گذاشته شود.

بحث و گفتگو

(0)

ورود برای شرکت در بحث

در حال بارگذاری نظرات...