МаятникФуко – маятник, который используют для экспериментальной демонстрации суточного вращения Земли.
Маятник Фуко представляет собой массивный груз, подвешенный на проволоке или нити, верхний конец которой укреплён (например с помощью карданного шарнира) так, что позволяет маятнику качаться в любой вертикальной плоскости. Если маятник Фуко отклонить от вертикали и отпустить без начальной скорости, то действующие на груз маятника силы тяжести и натяжения нити будут лежать всё время в плоскости качаний маятника и не смогут вызвать её вращения по отношению к звёздам (к инерциальной системе отсчёта, связанной со звёздами). Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней (т. е. находящийся в неинерциальной системе отсчёта), будет видеть, что плоскость качаний маятник Фуко медленно поворачивается относительно земной поверхности в сторону, противоположную направлению вращения Земли. Этим и подтверждается факт суточного вращения Земли.
На Северном или Южном полюсе плоскость качаний маятник Фуко совершит поворот на 360° за звёздные сутки (на 15o за звёздный час). В точке земной поверхности, географическая широта которого равна φ, плоскость горизонта вращается вокруг вертикали с угловой скоростью скоростью ω1 = ω sinφ (ω -модуль угловой скорости Земли) и плоскость качания маятника вращается с той же угловой скоростью. Поэтому видимая угловая скорость вращения плоскости качаний маятника Фуко на широте φ, выраженная в градусах за звёздный час, имеет значение ωм=15osinφ , т. е. будет тем меньше, чем меньше φ, и на экваторе обращается в нуль (плоскость не вращается). В Южном полушарии вращение плоскости качаний будет наблюдаться в сторону, противоположную наблюдаемой в Северном полушарии. Уточнённый расчёт даёт значение
ωм = 15o [1 – (3/8)(a/l)2] sinφ
где а-амплитуда колебаний груза маятника, l – длина нити. Добавочный член, уменьшающий угловую скорость, тем меньше, чем больше l. Поэтому для демонстрации опыта целесообразно применять маятник Фуко с возможно большей длиной нити (в несколько десятков м).
История
Впервые этот прибор сконструировал Французский учёный Жан Бернар Леон Фуко.
Этот прибор представлял собой пятикилограммовый латунный шар, подвешенный к потолку на двухметровой стальной проволоке.
Первый опыт Фуко провёл в подвале собственного дома 8 января 1851 года. Об этом была сделана запись в научной дневнике учёного.
3 февраля 1851 года Жан Фуко продемонстрировал свой маятник в Парижской обсерватории академикам, которые получили письма такого содержания: “Приглашаю Вас проследить за вращением Земли”.
Первая публичная демонстрация опыта произошла по инициативе Луи Бонапарта в парижском Пантеоне в апреле того же года. Под куполомПантеонабылподвешенметаллическийшармассой 28 кг с закреплённым на нём остриём на стальной проволоке диаметром 1,4 мм и длиной 67 м. Креплениемаятникапозволялоемусвободноколебатьсявовсехнаправлениях. Подточкойкреплениябылосделанокруговоеограждениедиаметром6метров, покраюограждениябыланасыпанапесчанаядорожкатакимобразом, чтобымаятниквсвоёмдвижениимогприеёпересечениипрочерчиватьнапескеотметки. Чтобыизбежатьбоковоготолчкаприпускемаятника, егоотвеливсторонуипривязаливерёвкой, послечеговерёвкупережгли. Период колебаний составлял 16 секунд.
Эксперимент имел большой успех и вызвал широкий резонанс в научных и общественных кругах Франции и других стран мира. Только в 1851 году были созданы другие маятники по образцу первого, и были проведены опыты Фуко в Парижской обсерватории, в кафедральном соборе Реймса, в церкви св.Игнатия в Риме, в Ливерпуле, в Оксфорде, Дублине, в Рио-де-Жанейро, в городе Коломбо на Цейлоне, Нью-Йорке.
Во всех этих экспериментах размеры шара и длина матяника были разными, но все они подтверждали выводы Жан Бернара Леона Фуко.
Элементы маятника, который был продемонстрирован в Пантеоне, сейчас хранятся в парижском Музее искусств и ремёсел. А маятники Фуко сейчас находятся во многих уголках мира: в политехнических и научно-природоведческих музеях, научных обсерваториях, планетариях, университетских лабораториях и библиотеках.
В Украине есть три маятника Фуко. Один хранится в Национальном техническом университете Украины «КПИ им. Игоря Сикорского», второй – в Харьковском национальном университете им. В.Н. Каразина, третий – в Харьковском планетарии.
Адгезия (от лат. adhasio — прилипание) — возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных твёрдых или жидких тел, приведённых в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлической связей.
Частный случай адгезии является когезия (от лат. cohaesus — связанный, сцепленный), сцепление друг с другом частей одного и того же тела, обусловленное действием сил межмолекулярного взаимодействия, водородной связи и (или) химической связи между составляющими его молекулами, атомами, ионами, и приводящее к объединению этих частей в единое целое с наибольшей прочностью. Силы когезии резко убывают с расстоянием, незначительны в газах и наиболее велики в твёрдых телах. Кагезия характеризует прочность тела, лишённого дефектов по отношению к деформациям.
Предельный случай адгезии — химическое взаимодействие на поверхности раздела (хемосорбция) с образованием слоя химического соединения.
Адгезия измеряется силой или работой отрыва на единичной площади контакта поверхностей (адгезионного шва) и становится предельно большой при полном контакте по всей площади соприкосновения тел (например, при нанесении жидкости – лака или клея – на поверхность твёрдого тела в условиях полного смачивания).
В процессе адгезии уменьшается свободная поверхностная энергия тела. Уменьшение этой энергии, приходящейся на 1 см2 адгезионного шва, называется свободной энергией адгезии.
Мираж (фр. mirage) – оптическое явление, состоящее в том, что кроме предметов в их истинном положении видны их мнимые изображения; при мираже предметы, скрытые за горизонтом, становятся видимыми; могут являться результатом искривления световых лучей в неравномерно нагретых слоях воздуха.
Свет распространяется по прямой лишь в однородной среде. На границе двух сред луч света преломляется, то есть несколько отклоняется от первоначального пути. Такой неоднородной средой является, в частности, воздух земной атмосферы: плотность его возрастает у земной поверхности. Луч света искривляется, и в результате светила выглядят несколько смещенными, “приподнятыми” относительно своих истинных положений на небе. Это явление называется рефракцией (от лат. refractus – “преломленный”). Вследствие рефракции в атмосфере могут появляться мнимые изображения отдельных объектов – миражи.
Атмосферные миражи делятся на три класса: озерные, или нижние; верхние (они возникают прямо в небе) или миражи дальнего видения; боковые миражи. Более сложный вид миража называется “Фата-Моргана”.
1. Видатні вчені-фізики.
2. Фізика в побуті, техніці, виробництві.
3. Спостереження фізичних явищ довкілля.
4. Дифузія в побуті та природі.
Механічний рух.
1. Визначення середньої швидкості нерівномірного руху.
2. Порівняння швидкостей рухів тварин, техніки тощо.
3. Обертальний рух в природі – основа відліку часу.
4. Коливальні процеси в техніці та живій природі.
Взаємодія тіл. Сила.
1. Розвиток судно- та повітроплавання.
2. Дослід Торрічеллі.
3. Спостереження за зміною атмосферного тиску.
4. Насоси.
Механічна робота та енергія.
1. Становлення і розвиток знань про фізичні основи машин і механізмів.
2. Прості механізми у побутових пристроях.
3. Біомеханіка людини.
4. Використання енергії природних джерел.