| 词条 | 傅科摆 |
| 释义 | 傅科摆（Foucault pendulum）指仅受引力和吊线张力作用而在惯性空间固定平面内运动的摆。为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验，从而有力地证明了地球是在自转，傅科摆由此而得名。 基本概述为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎的一个圆顶大厦进行，摆长67米，摆锤重28公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。在傅科摆实验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。傅科摆放置的位置不同，摆动情况也不同。在北半球时，摆动平面逆时针转动；在南半球时，摆动平面顺时针转动，而且纬度越高，转动速度越快；在赤道上的摆几乎不转动。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15tsinφ来求，单位是度。式中φ代表当地地理纬度，t为偏转所用的时间，用小时作单位，因为地球自转角速度1小时等于15°，所以，为了换算，公式中乘以15。 北京天文馆大厅里也有一个巨大的傅科摆，时时刻刻提醒人们，地球在自西向东自转着。 无论我们认为地球是绕自身轴旋转，或者认为是恒星绕地球旋转而地球处于静止，这都是无关紧要的。 ——马赫 证明自转三百多年以前伽利略接受罗马教廷的审判，当他被迫承认 地心说 的时候，有人记载说，伽利略喃喃自语道：“可是地球仍然在动啊！”伽利略是否说过这句话已经不可考，按理说后人杜撰的成分比较大。很难想象有人听见了伽利略低声说出的“异端”言论，并且把它记录了下来，更何况当时伽利略已经神志不太清醒。圣经说大地是不动的；而现在，即使是小学三年级的学生也知道地球存在自转和公转。那么，一个问题是，如何观察到地球的运动——比如自转呢？ 历史实验时间回溯到1851年的巴黎。在国葬院（法兰西共和国的先贤祠）的大厅里，让·傅科（Jean Foucault）正在进行一项有趣的实验。傅科在大厅的穹顶上悬挂了一条67米长的绳索，绳索的下面是一个重达28千克的摆锤。摆锤的下方是巨大的沙盘。每当摆锤经过沙盘上方的时候，摆锤上的指针就会在沙盘上面留下运动的轨迹。按照日常生活的经验，这个硕大无朋的摆应该在沙盘上面画出唯一一条轨迹。该实验被评为“物理最美实验”之一。 国葬院外观实验开始了，人们惊奇的发现，傅科设置的摆每经过一个周期的震荡，在沙盘上画出的轨迹都会偏离原来的轨迹（准确地说，在这个直径6米的沙盘边缘，两个轨迹之间相差大约3毫米）。“地球真的是在转动啊”，有的人不禁发出了这样的感慨。 悬挂方法摆的运动可以超然于地球的自转，但悬挂摆的支架一般却要带动它参与地球的自转。为解决这一问题，傅科采取了一种简单而巧妙的装置－万向节（如图），从而使摆动平面超然于地球的自转。 自转惯性傅科的这个摆的是一个演示地球自转的实验。这种摆也因此被命名为“傅科摆”。傅科摆为什么能够演示出地球自转呢？简单的说，因为惯性。 通常，我们说“地球具有自转”的时候，我们并没有明确出它到底相对于什么自转。这是一个非常重要的问题，如果没有参照物，谈论运动是不可想象的。还没有办法在空间中打上一根钉子作为绝对的参照物，因此，我们只能依靠较远的、看起来似乎是静止的天体作为参照物。事实上，那些天体也绝不是“空间中的钉子”，只不过因为它们实在太遥远了，我们不妨——事实上恐怕也是唯一的选择——把它们作为参照物。以遥远的恒星作为参照物，一个物体不受外力作用的时候，将一直保持它的运动状态。这也是牛顿第一定律的内容。 摆是一种很有趣的装置。给摆一个恰当的起始作用，它就会一直沿着某一方向，或者说某一平面运动。如果摆的摆角小于5度的话，摆锤甚至可以视为做一维运动的谐振子。 现在，考虑一种简单的情况，假如把傅科摆放置在北极点上，那么会发生什么情况呢？很显然，地球在自转——相对于遥远的恒星自转。同样，由于惯性，傅科摆的摆锤相对于遥远恒星的运动方向（平面）是不变的。（你可以想象，有三颗遥远的恒星确定了一个平面，而傅科摆恰好在这个平面内运动。由于惯性，当地球以及用来吊起摆锤的架子转动的时候，摆锤仍然在那个平面内运动）那么什么情况发生了呢？你站在傅科摆附近的地球表面上，显然会发现摆动的平面正在缓缓的转动，它转动的速度大约是钟表时针转动速度的一半，也就是说，每小时傅科摆都会顺时针转过15度。摆在同一平面内运动，这里所说的平面是由远方的恒星确定的 如果把傅科摆放置赤道上呢？那样的话，我们将观察不到任何转动。把摆锤的运动看做一维谐振（单摆），由于它的运动方向与地轴平行，而地轴相对遥远的恒星是静止的，所以我们观测不到傅科摆相对地面的转动。 现在把傅科摆移回巴黎。摆锤的运动可以分解为沿地轴方向的和与之垂直方向上的两个分运动。后者会产生相对地面的旋转（正如北极的傅科摆）。这两个分运动合成的结果是，从地面上的人看来，傅科摆以某种角速度缓慢的旋转——介于傅科摆在北极和赤道的角速度之间。（也可以从科里奥利力的角度解释，得出的结论是一样的）如果在北极的观测到傅科摆旋转一周的时间是A（A=24h），那么在任意纬度γ上，傅科摆旋转一周所需的时间是A/sinγ。对于巴黎，这个数字是31.8小时。 傅科巧手1819年，让·傅科生于巴黎。傅科从小喜欢动手做试验，最初傅科学习的是医学，后来才转行学习物理学。1862年，傅科使用旋转镜法成果的测定了光速为289 000km/s，这是当时相当了不起的成绩，因此他被授予了骑士二级勋章。此外，傅科还在实验物理方面做出了一些贡献。例如改进了照相术、拍摄到了钠的吸收光谱（但是解释是由基尔霍夫做出的）。 傅科摆实验的第二年，即1852年，他制造出了回转仪（陀螺仪）——也就是现代航空、军事领域使用的惯性制导装置的前身。此外，他还发现了在磁场中的运动圆盘因电磁感应而产生涡电流，这被命名为“傅科电流”。当然，不能忘记的是傅科摆实验，因为这个非常简单的演示了地球自转现象的实验，傅科获得了荣誉骑士五级勋章。 傅科使用了如此巨大的摆是有道理的。由于地球转动的比较缓慢（相对摆的周期而言），需要一个比较长的摆线才能显示出轨迹的差异。由因为空气阻力的影响，这个系统必须拥有足够的机械能（一旦摆开始运动，就不能给它增加能量）。所以傅科选择了一个28千克的铁球作为摆锤。此外，悬挂摆线的地方必须允许摆线在任意方向运动。傅科正是因为做到了这三点，才能成功地演示出地球的自转现象。 国葬院大厅的傅科摆现在，巴黎国葬院中依然保留着150年前傅科摆实验所用的沙盘和标尺。不仅仅是在巴黎，在世界各地你都可以看到傅科摆的身影，例如，你可以在北京天文馆看到一个傅科摆的复制品。 小说《傅科摆》《傅科摆》（Foucault’s Pendulum，1988） 小说简介《傅科摆》的主人公卡素朋是位治中世纪史的专家，他的朋友贝尔勃和狄欧塔列弗则是一家学术出版社的资深编辑，他们有一个共同的爱好：研究中世纪圣堂武士的传说。根据掌握的一份神秘文件，他们发现了一个天大的秘密：每过120年，一代又一代分散在欧洲各地的36名圣堂武士将要重新聚首一次，拼合他们手上断简残篇的信息，以便掌握一种可以控制世界、改造人类前途的巨大能量。据说西方历史上的种种神秘社团，比如蔷薇十字会、大白兄弟会、共济会等等，一直在追求着这种比核武器还要恐怖的能量。据说莎士比亚、培根、马克思乃至爱因斯坦等历史名人，也都是圣堂武士的传人。卡素朋的女友莉雅通过研究文件得出另外的结论：根本就没有什么圣堂武士的秘密，那份文件不过是个送货－购物清单。但已经走火入魔的三人根本不相信她的解释，同时，许多“要将秘密知识据为己有的人”开始关注此事。最后，狄欧塔列弗死了，贝尔勃因之丧生，卡素朋知道自己也难逃毒手——虽然所谓的秘密不过是他们三人自己的发明。 作者简介Umberto Eco翁贝托·埃科(1932- ) 1932年1月5日出生于意大利皮耶迪蒙特亚历山德里亚，Eco这个名字据说原是一位“先知”给他祖父取的名字，是ex caelis oblatus 的首字母缩写，意为“上天所赐”。从1954年获哲学博士学位，到现今为博洛尼亚大学高等人文科学院教授、院长，埃科的人生可谓丰富。1956年出版了第一本书 Il problema estetico in San Tommaso，内容是哲学博士论文的延续。同年，他开始在家乡做演讲，并逐渐和许多先锋派作家、音乐家以及画家建立起持久的关系。1959年，他的第二本书 Sviluppo dell’estetico medievale 出版，奠定了他作为最重要的中世纪学家之一的地位。在这期间，他还撰写、编辑大量杂志专栏，对文化现象进行评论，从迪斯尼到詹姆斯·邦德现象，再到中国革命时期的连环画册，内容几乎无所不包。他也逐步发展在“开放”的文本和符号学方面的思想，发表《悠游小说林》、《开放的作品》、《诠释与过度诠释》、《误读》等作品，到70年代末，埃科在符号学领域已经是领袖人物。接下来，他作为专栏作家、社会评论家的声誉非常显赫，《带着鲑鱼去旅行》、《密涅瓦火柴盒》等专栏随笔集大受欢迎，在欧洲他已成为知识和教养的象征。他还着手翻译了多个作品，刊登在Il giorno, La stampa, Corriere della Sera等著名出版物上。可谁也没有想到，他的人生轨迹在世纪之交发生如此重大的变化——他成了一位影响世界的小说家。 埃科身兼小说家、哲学家、史学家、文学评论家、符号学家、美学家和积极的公共知识分子等多种身份，除学术专著外，小说更为他赢得国际性声誉。他在四十八岁时出版的第一部小说《玫瑰的名字》，行销1600万册，席卷欧美各地畅销书排行榜，被翻译成近40种语言，赢得意大利和法国最重要的文学奖，1986年被改编为同名电影，由拍摄过《熊》、《情人》的法国大导演让-雅克·阿诺执导，影坛巨星肖恩·康纳利主演，创下极佳票房纪录，轰动全球，更一举囊括英国影艺学会、法国恺撒奖、德国电影奖、意大利国家影评人奖等多项殊荣。 除《玫瑰的名字》之外，小说《昨日之岛》销售400万册，《傅科摆》销售900万册，新作《波多里诺》、《洛阿娜女王的神秘火焰》更是受到全世界埃科迷、悬疑小说迷、推理小说迷、魔幻小说迷的狂热追捧。 埃科和妻子Renate育有一子一女。他对自己的评价是“会同时开始做许多事情，并把它们融合在一起，形成一种连续的内在联系的那种人……如果我没有那么多的事情要做，我会迷失自己”。 |
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