SENI
KECANTIKAN & KESEJAHTERAAN
KRAFTANGAN
BUDAYA & SEJARAH
HIBURAN
ALAM SEKITAR
MAKANAN & MINUMAN
MASA DEPAN HIJAU
KEJURUTERAAN TERBALIK
SAINS
SUKAN
TEKNOLOGI
WEARABLES
Bina Pendulum Foucault — Buktikan Putaran Bumi dengan Pemberat Berayun
Diterjemahkan
Astro

Dicipta oleh

Astro

30. Mei 2026IS
27
0
0
0
0

Bina Pendulum Foucault — Buktikan Putaran Bumi dengan Pemberat Berayun

Pada 3 Februari 1851, ahli fizik Perancis Léon Foucault menggantung bola kuningan 28 kilogram dari wayar 67 meter di bawah kubah Panthéon di Paris dan membiarkannya berayun. Selama berjam-jam, satah ayunan pendulum berputar perlahan searah jam — bukan kerana ada daya yang menolaknya ke tepi, tetapi kerana Bumi sendiri berputar di bawahnya. Satah ayunan pendulum kekal tetap dalam ruang (mengikut hukum pertama Newton), sementara lantai berputar di bawah. Di Kutub Utara, lantai akan menyelesaikan putaran penuh 360 darjah dalam 24 jam; pada latitud yang lebih rendah, kadarnya lebih perlahan, berkadar dengan sinus latitud. Demonstrasi Foucault adalah bukti langsung dan visual pertama bahawa Bumi berputar — sesuatu yang telah lama diterima secara teori tetapi tidak pernah sebelumnya diperhatikan di makmal. Eksperimen ini menimbulkan sensasi: Napoleon III memerintahkan pengulangan di Panthéon, dan dalam beberapa bulan pendulum Foucault berayun di bangunan awam di seluruh Eropah. Cetak biru ini membina pendulum Foucault yang berfungsi dengan bola berat pada wayar panjang, pivot geseran rendah, dan gelang rujukan bergraduat, mampu menunjukkan putaran Bumi selama beberapa jam.

Pertengahan
5-10 jam

Arahan

1

Faham Prinsip Pendulum Foucault

Pendulum yang berayun bebas mengekalkan satah ayunannya dalam ruang — ini adalah akibat daripada hukum gerak pertama Newton. Jika pendulum digantung di atas permukaan yang berputar (Bumi), permukaan berputar di bawah pendulum sementara satah ayunan kekal tetap. Bagi pemerhati yang berdiri di Bumi yang berputar, nampaknya arah ayunan pendulum berputar perlahan. Di Kutub Utara, satah pendulum nampak berputar 360 darjah searah jam dalam 23 jam 56 minit (satu hari sidereal). Di latitud lain, kadar putaran ialah 360 × sin(latitud) darjah sehari.
2

Pilih Lokasi dan Titik Penambat

Pendulum Foucault memerlukan wayar sepanjang yang mungkin untuk hasil yang boleh dipercayai — semakin panjang pendulum, semakin panjang tempohnya, semakin perlahan kehilangan tenaga, dan semakin jelas putaran kelihatan. Panjang minimum yang praktikal ialah kira-kira 5 meter; 10–20 meter jauh lebih baik. Cari titik penambat yang tinggi: sumur tangga, rasuk loteng, rasuk gudang, pokok tinggi, atau siling bangunan berlapis. Titik penambat mestilah benar-benar tegar — sebarang ayunan atau getaran dalam sokongan akan mengatasi putaran halus Foucault.
3

Bina Pemasangan Pivot

Pivot adalah komponen paling penting. Pendulum Foucault mesti berayun bebas ke mana-mana arah, jadi pivot tidak boleh mengekang satah ayunan. Sambungan universal mudah (dua engsel tegak lurus) atau pivot titik tunggal berfungsi dengan baik. Pivot yang paling mudah dan berkesan ialah wayar keluli nipis (wayar piano, kira-kira 0.5–1 mm diameter) yang dikunci ketat di bahagian atas — wayar nipis membengkok bebas ke semua arah tanpa memperkenalkan satah pilihan. Wayar harus diklik dalam kurungan tegar yang dibaut kuat ke rasuk siling.
4

Sediakan Bola Pendulum

Bola harus sehebat mungkin — Foucault menggunakan 28 kg. Bola yang lebih berat tahan terhadap hambatan udara dengan lebih baik dan berayun lebih lama. Gunakan bahan padat: pemberat timbal atau kuningan besar, bekas berisi pasir, atau tin berisi konkrit. Bola mesti simetri tentang paksi wayar — sebarang asimetri menyebabkan pendulum berpresesi dengan cara yang meniru atau menyembunyikan putaran Foucault. Bola atau silinder simetri berfungsi paling baik. Pasang wayar tepat di pusat atas bola.

Bahan untuk langkah ini:

Pendulum BobPendulum Bob1 keping
5

Pasang Wayar

Gunakan wayar piano keluli atau kabel keluli nipis untuk wayar pendulum. Wayar mesti cukup kuat untuk menopang berat bola dengan margin keselamatan yang besar (sekurang-kurangnya 10 kali), cukup nipis untuk membengkok bebas di pivot, dan cukup tegar untuk tidak berpilin. Untuk bola 5–10 kg, wayar piano 0.5–1 mm mencukupi. Kunci hujung atas dengan selamat di pivot. Pasang hujung bawah ke bola menggunakan bolt mata kecil atau lubang yang digerudi melalui bahagian atas bola, memastikan sambungan sepenuhnya berpusat dan wayar tergantung dengan sempurna menegak semasa berehat.

Bahan untuk langkah ini:

CordageCordage5 meter
6

Bina Gelang Rujukan

Di lantai di bawah pendulum, letakkan gelang rujukan bulat yang menunjukkan arah ayunan pendulum. Gelang berdiameter kira-kira 1–2 meter berfungsi dengan baik. Tandakan gelang dengan kecerunan darjah setiap 5 atau 10 darjah (0–360). Anda boleh menggunakan helaian kertas atau kadbod besar, bulatan yang dilukis di lantai, atau gelang penanda kecil. Pusat gelang mestilah terus di bawah titik pivot. Tandakan utara sebenar pada gelang menggunakan kompas.

Bahan untuk langkah ini:

Hardwood BlockHardwood Block1 keping

Alatan diperlukan:

ProtractorProtractor
Measuring RulerMeasuring Ruler
7

Lancarkan Pendulum dengan Betul

Teknik peluncuran adalah penting — pendulum mesti berayun dalam satu satah, bukan dalam elips. Sebarang gerakan lateral menyebabkan bola mengesan jalan elips, dan elips berpresesi secara bebas daripada kesan Foucault, mengelirukan pengukuran. Untuk melancarkan dengan bersih: tarik bola ke satu sisi menggunakan tali yang tegang terikat pada titik tetap, tahan sehingga semua ayunan berhenti, kemudian bakar tali dengan korek api atau lilin (atau potong dengan tajam). Ini membebaskan bola tanpa tolakan sisi. Foucault sendiri menggunakan teknik pembakaran tali ini.
8

Perhatikan dan Rekodkan Putaran

Selepas peluncuran, perhatikan arah ayunan relatif terhadap gelang rujukan. Rekodkan arah ayunan setiap 15–30 minit. Pada latitud 50 darjah utara, satah ayunan berputar kira-kira 11.5 darjah sejam searah jam (360 × sin(50 °) / 24 = 11.49 darjah sejam). Selepas satu jam, arah ayunan harus beralih kira-kira 11 darjah; selepas tiga jam, kira-kira 34 darjah. Putaran perlahan dan tetap — ini adalah Bumi berputar di bawah pendulum.
9

Selesaikan Masalah Biasa

Jika pendulum mengesan elips bukannya garis lurus, peluncuran tidak tulen — mulai semula dengan teknik pembakaran tali. Jika satah ayunan berputar jauh lebih cepat atau lebih perlahan daripada yang dijangka, periksa asimetri dalam bola (yang menyebabkan presesi mekanikal), geseran atau kekangan pada pivot (yang memaksa satah ayunan pilihan), atau arus udara (yang menolak bola ke tepi). Bilik bersipu atau pintu terbuka boleh menghasilkan putaran nyata jauh lebih cepat daripada kesan Foucault. Lindungi pendulum daripada arus udara dan pastikan pivot benar-benar bebas.
10

Kira dan Sahkan Kadar Putaran

Kadar putaran teori ialah: darjah sejam = 15 × sin(latitud). Di khatulistiwa (0°), pendulum tidak berputar langsung. Pada latitud 30°, ia berputar 7.5°/jam. Pada 45°, ia berputar 10.6°/jam. Pada 90° (kutub), ia berputar 15°/jam (satu putaran penuh setiap hari sidereal). Bandingkan kadar putaran yang diperhatikan dengan kadar yang diramalkan untuk latitud anda. Jika ia sepadan dalam beberapa peratus, anda telah berjaya menunjukkan apa yang Foucault buktikan pada 1851 — bukti paling elegan dan langsung putaran Bumi yang pernah direka, memerlukan tidak lebih daripada pemberat pada wayar dan kesabaran untuk melihatnya berayun.

Bahan

3

Alatan Diperlukan

2

Bahan Blueprint Bersambung

CC0 Domain Awam

Blueprint ini dikeluarkan di bawah CC0. Anda bebas menyalin, mengubah, mengedar, dan menggunakan karya ini untuk sebarang tujuan, tanpa meminta kebenaran.

Sokong Pembuat dengan membeli produk melalui Blueprint mereka di mana mereka memperoleh Komisen Pembuat ditetapkan oleh Penjual, atau cipta iterasi baru Blueprint ini dan sertakan ia sebagai sambungan dalam Blueprint anda sendiri untuk berkongsi hasil.

Perbincangan

(0)

Log masuk untuk menyertai perbincangan

Memuatkan komen...