Fuko svārsts

Fuko svārsts Valdivijā

Fuko svārsts ir ierīce, ko izmanto, lai pierādītu Zemes griešanos. Ierīce nosaukta par godu Leonam Fuko, svārsta eksperimenta pirmās demonstrācijas veicējam. Lai gan tas jau bijis iepriekš zināms, ka Zeme griežas, Fuko svārsta pirmā demonstrācija 1851. gadā bija viens no pirmajiem vienkārši uztveramajiem pierādījumiem zemes rotācijai. Mūsdienās Fuko svārsti ir uzstādīti vairākās universitātēs un zinātnes muzejos.^[1] Eksperimenta gaitā smaga lode tiek iekārta trosē (visbiežāk 12–30 m garā), kas piestiprināta lielā augstumā. Zem lodes atrodas virsma, uz kuras ir atzīmēti leņķi. Nereti eksperimenta veikšanai ik pēc noteiktas distances apkārt virsmai tiek novietoti priekšmeti, kuri, svārstam sasniedzot noteikto leņķi, tiek nogāzti.

Oriģinālais Fuko svārsts

Fuko svārsts Parīzes Panteonā

1851. gada februārī Parīzes Observatorijā notika pirmais publiskais Fuko svārsta eksperiments. Pāris nedēļas vēlāk notika slavenā svārsta demonstrācija Parīzes Panteonā. Šajā eksperimentā Fuko izmantoja 28 kg smagu ar misiņu pārklātu svina lodi, kas tika iekārta 67 m garā trosē, kas savukārt tika piestiprināta pie ēkas kupola. Svārsta kustības plakne griezās pulksteņrādītāja virzienā ar ātrumu 11° stundā, veicot pilnu apli 32,7 stundās. Panteonā izmantotā lode 1855. gadā tika pārvietota uz Parīzes Mākslas konservatoriju. 1902. gadā svārsts īslaicīgi tika atkārtoti uzstādīts Panteonā par godu eksperimenta 50. gadadienai.^[2]

1990. gados, Konservatorijas muzeja rekonstrukcijas laikā svārsts tika īslaicīgi izstādīts Panteonā, bet vēlāk tika nogādāts atpakaļ muzejā.^[3] Kopš 1995. gada eksperiments muzejā tika rādīts ar oriģinālās lodes atdarinājumu. 2010. gada 6. aprīlī trose, kas turēja lodi, pārtrūka, nodarot kaitējumu svārstam un muzeja marmora grīdai.^[4][5] 2014. gadā svārsts tika noņemts remontdarbu dēļ. Tika lēsts, ka svārstu ievietos atpakaļ 2017. gadā, taču nav ziņu, ka tas būtu izdarīts.

Mehānikas skaidrojums

Panteona svārsta animācija ar paātrinātu zemes griešanās ātrumu. Zaļā līnija norāda svārstības ceļu

Ziemeļpolā vai Dienvidpolā svārsta svārstības ir noteiktā attiecībā uz Maha principu, aizņemot vienu zvaigžņu dienu, lai pabeigtu rotācijas apli. Ziemeļpolā Fuko svārsts kustētos pulksteņrādītāja virzienā, bet Dienvidpolā — pretēji.

Ja Fuko svārsts būtu novietots uz ekvatora, svārsta kustības plakne attiecībā pret Zemi negrieztos. Citos platuma grādos svārstību precesija notiek attiecībā pret Zemi, bet lēnāk nekā polos.

Leņķiskais ātrums ω (mēra grādos pulksteņrādītāja virzienā uz vienu zvaigžņu dienu) ir proporcionāls sinusam no ģeogrāfiskā platuma, φ:

${\displaystyle \omega =360\sin \varphi \ ^{\circ }/\mathrm {diena} }$

Fuko svārsti pasaulē

Visā pasaulē ir uzstādīti neskaitāmi Fuko svārsti, galvenokārt tie atrodas universitātēs, zinātnes muzejos un planetārijos. Arī Apvienoto Nāciju organizācijas galvenajā mītnē Ņujorkā atrodas viena šāda ierīce. Principia, lielākais Fuko svārsts pasaulē, atrodas Oregonas Konvenciju centrā.^[6][7] Latvijā ievērojams Fuko svārsts nav publiski izstādīts, lai gan 2013. gadā Latvijas Valsts Radio un Televīzijas Centrs izvirzīja ideju, kura paredzēja Zaķusalā esošajā televīzijas tornī iekārt Fuko svārstu, kas "mērotos ar pasaules Ginesa rekorda cienīgu vārdu un būtu interesants apskates objekts [tur izveidota] zinātnes parka ietvaros."^[8]

Dienvidpols

Eksperiments tika veikts arī Dienvidpolā, kur tika pieņemts, ka zemes griešanās būtu visvairāk izjūtama. Dienvidpola svārsta projektu (kā tas tika aprakstīts The New York Times^[9] un izrakstā no Septiņas Svārsta Pasakas^[10]) veidoja un pārbaudīja piedzīvojumu eksperimentētāji Džons Birds, Dženifera Makkaluma, Maikls Taunss un Alans Beikers Amundsena–Skota dienvidpola Stacijā. Svārsts tika ievietots nesen uzceltās, jaunās stacijas sešu stāvu augstajās kāpnēs. Apstākļi bija grūti — augstums bija aptuveni 3300 m vjl.(atmosfēras spiediens tikai 65% no tā, kas ir jūras līmenī), un temperatūra nesiltinātajā kāpņu telpā bija -68 °C. Svārsts bija 33 m garš un lode svēra 25 kg. Jaunā stacija bija ļoti atbilstoša vieta svārsta izvietošanai — tās augstums nodrošināja precīzus rezultātus, nebija nekādu kustīgu gaisa masu, kas varētu traucēt eksperimentam un zems gaisa spiediens samazināja gaisa pretestību. Pētnieki apstiprināja aprēķinu, ka viena rotācija aizņems 24 stundas.

Skatīt arī

• Koriolisa spēks

Atsauces

1. Oprea, John (1995). "Geometry and the Foucault Pendulum". Amer. Math. Monthly 102: 515–522. doi:10.2307/2974765.
2. «The Pendulum of Foucault of the Panthéon. Ceremony of inauguration by M. Chaumié, minister of the state education, burnt the wire of balancing, to start the pendulum. 1902». Paris en images. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2014. gada 21. augustā. Skatīts: 2014. gada 21. augustā.
3. Joe Kissell. «Foucault's Pendulum: Low-tech proof of Earth's rotation». Interesting thing of the day, 2004. gada 8. novembris. Arhivēts no oriģināla, laiks: 2012. gada 12. martā. Skatīts: 2012. gada 21. marts. Arhivēts 2012. gada 12. martā, Wayback Machine vietnē.
4. Boris Thiolay. «Le pendule de Foucault perd la boule» (franču). L'Express, 2010. gada 28. aprīlis.
5. «Foucault's pendulum is sent crashing to Earth». Times Higher Education. 2010. gada 13. maijs. Skatīts: 2012. gada 21. marts.
6. «Arhivēta kopija». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2016. gada 4. jūnijā. Skatīts: 2016. gada 3. septembrī.
7. «Arhivēta kopija». Arhivēts no oriģināla, laiks: 2016. gada 29. aprīlī. Skatīts: 2016. gada 3. septembrī.
8. "Zaķusalu plāno attīstīt kā tūrisma objektu", nra.lv
9. George Johnson. «Here They Are, Science's 10 Most Beautiful Experiments». The New York Times, 2002. gada 24. septembris. Skatīts: 2012. gada 20. septembris.
10. G. P. Baker. Seven Tales of the Pendulum. Oxford University Press, 2011. 388. lpp. ISBN 978-0-19-958951-7.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Fuko svārsts.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Enciklopēdijas Krugosvet raksts (krieviski)