К середине XIX века ученые уже не сомневались, что Земля вращается. Это следовало из теории Коперника, законов Ньютона и астрономических наблюдений. Но прямого опыта — такого, чтобы человек стоял на земле и видел вращение без телескопа и без таблиц — не существовало. Любые возражения приходилось отражать расчетами, а не вживую. Леон Фуко нашел способ это изменить.
Под куполом Пантеона
В январе 1851 года Фуко проверил идею в собственном подвале: подвесил двухметровый маятник и убедился — плоскость качания медленно поворачивается. В феврале повторил опыт в Парижской обсерватории на маятнике длиной 11 метров: эффект был виден отчетливее. Тогда физик предложил публичную демонстрацию — и получил разрешение занять купол Пантеона.
Аппарат собрали совместно с инженером Гюставом Фроманом. Стальная проволока длиной 67 метров, шар из латуни и свинца массой 28 килограммов. Под шаром на полу — деревянный поддон с песком: острый штифт в нижней точке шара оставлял борозды с каждым проходом. В марте 1851 года, по личному разрешению президента Луи Наполеона Бонапарта, двери Пантеона открылись для публики. Приглашение гласило: «Приходите посмотреть, как вращается Земля».
Почему поворачивается плоскость
Маятник движется по инерции: раз начав качаться в определенной плоскости, он сохраняет ее относительно звезд, а не относительно земли под ногами. Земля же медленно поворачивается под точкой подвеса. Для наблюдателя на земле это выглядит иначе: кажется, что поворачивается сам маятник, — хотя на самом деле уходит пол.
Чем длиннее маятник, тем медленнее он совершает один мах — и тем точнее накапливается смещение. 67-метровая проволока давала период одного качания около 16 секунд. За час борозды в песке разворачивались на 11 градусов. За неполные 33 часа маятник описывал полный круг — именно столько времени нужно, чтобы Земля в Париже «ушла» из-под неподвижной плоскости качания ровно на 360 градусов.
Широта решает все
Скорость поворота плоскости зависит от того, где на Земле стоит маятник. На Северном полюсе точка подвеса находится прямо на оси вращения планеты. Земля уходит из-под маятника равномерно, и видимый поворот укладывается в одни звездные сутки — около 24 часов.
На экваторе вращение Земли не смещает плоскость качания: она остается неподвижной относительно земли. Горизонтальная составляющая вращения здесь равна нулю, и плоскость качания не отклоняется совсем — маятник на экваторе как доказательство вращения бесполезен.
Между полюсом и экватором скорость поворота пропорциональна синусу географической широты. В Париже широта около 48,85 градуса, синус этого угла равен примерно 0,75. Полный оборот занимает 24 / 0,75 ≈ 32 часа. Иначе говоря, плоскость качания в Париже поворачивается в три четверти той скорости, которую дал бы полюс. Это соотношение — «синус широты» — Фуко вывел экспериментально и подтвердил расчетом. Именно оно превратило опыт из занятного фокуса в точный закон. О том, как человек изменил скорость вращения Земли, мы рассказали в отдельном материале.
Что увидела толпа
Публика наблюдала простую картину: утром шар отпускали из фиксированного положения, а к вечеру борозды в песке лежали под заметным углом к начальным. Никаких расчетов, никаких телескопов. Только неспешно поворачивающийся след — и земля, уходящая из-под ног прямо на глазах.
Демонстрация произвела сильное впечатление. Спустя полвека, в 1902 году, астроном Камиль Фламмарион устроил повторный показ в том же Пантеоне и собрал больше двух тысяч зрителей. Сам Фуко пережил триумф ненадолго: он умер в 1868 году в возрасте 48 лет, успев также изобрести гироскоп — другой прибор, демонстрирующий инерцию вращения.
Маятник сегодня
В 1995 году в Пантеоне установили точную копию оригинального маятника — те же 67 метров проволоки и шар массой 28 килограммов. Сам оригинал хранился в Национальной консерватории искусств и ремесел в Париже, но в 2010 году трос оборвался, шар упал и получил непоправимые повреждения. Сейчас поврежденный оригинал выставлен в витрине рядом с работающей копией.
Маятники Фуко стоят в десятках научных музеев и университетов по всему миру: от Нью-Йорка до Токио. В каждом плоскость качания разворачивается с разной скоростью — строго по формуле, которую Фуко вывел в 1851 году.
Опыт доказывает не скорость и не абсолютные координаты Земли. Он доказывает сам факт: земля под ногами не стоит на месте. Для человека в Пантеоне это не абстракция — это видно глазами, без единого прибора, кроме отвеса и поддона с песком.
Ранее мы рассказывали, почему вращение Земли замедляется и что это значит для продолжительности суток.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
