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傅科擺實驗證明地球自轉

如果有人問您,如何證明地球是圓的,您一定可以說得出許多方法來證明。但各位您知道嗎?如果有人問您,如何在不離開地球表面,來證明地球正在自轉,您會說明嗎?

地球的自轉現象(Earth's rotation)首度由哥白尼的天體運行論提出,但卻一直受到質疑,直到十八世紀時牛頓提出地心引力學說,對地球的自轉運動提出了合理的解釋,但是住在地球上的人們,怎樣也感覺不到地球有在轉啊~!!過了約一百年後,有位法國著名的物理學家名字叫做傅科(Foucault,1819~1868),於1851年2月3日,他在巴黎設計了一個裝置,該裝置是在先賢祠屋頂上垂吊一條長67公尺的鋼絲線,並在鋼絲線末端吊掛一個質量28公斤的金屬球,形成一個巨大單擺;另外在金屬球下方鑲嵌一個指針,配上附尺規的巨大沙盤,讓單擺擺動方位可以忠實的記錄下來。

為什麼這個單擺可以證實地球在自轉?當單擺擺動一段時間,會發現其擺動方向改變,這是因為當地球自轉時,不受地球影響的單擺仍維持在原平面上擺動,兩者相對運動的情況下,造成人們〝看到〞單擺擺動刻痕不在同一直線上。為了紀念這裝置的發明人,就叫做「傅科擺(Foucault pendulum)」。

傅科擺雖然看似是個巨大的單擺,但其實挑選這種大規格的單擺是有它的道理。第一,由於地球自轉的轉速較一般單擺的擺動頻率慢很多,所以若要藉由一個單擺看出地球自轉,即投影的刻痕能完整顯現相對運動的情形,該單擺必需具有較大的週期,故首要條件就是單擺擺線夠長。但大週期的單擺,在空氣阻力的影響下,很可能尚未看到不同的刻痕,單擺就已停止擺動;因此需要大質量的重錘,以維持傅科擺近乎不變的規律運動。所以說,要證明地球正在自轉,那麼最好的證據就是傅科擺。

圖一、在巴黎先賢祠的傅科擺