中国科学技术馆之傅科摆

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地球每时每刻都在进行着公转和自转。公转给我们带来了春夏秋冬，自转让我们拥有了白昼与黑夜。不过，一直到400多年前，人们还坚信地球是宇宙的中心。天文学家哥白尼经过长达20多年的观测和计算，了当时权威的“地心说”，建立了“日心说”。哥白尼告诉我们，地球的形状是球形，而且在不断地进行公转和自转。那么，用什么办法可以观察到地球的自转呢？

在1851年的法国，一个叫傅科的物理学家做了一个非常有趣的实验，证明地球确实在自转。傅科在巴黎国葬院大厅的穹顶上悬挂了一根67米长的绳索，绳索的下端挂着一个重达28千克的摆锤，摆锤的下方是巨大的沙P。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，这个硕大的摆应该在沙盘上面画出唯一的一条轨迹。然而，实验开始后，观看实验的人们惊奇地发现，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就会偏离原来的轨迹一定角度，摆动过程中摆动平面在沿顺时针方向缓缓转动。

我们知道，对于一般的单摆，如果摆在摆动平面方向上没有受到外力作用，摆动的空间方向是不会改变的。使用这样的摆有一个前提，就是不考虑地球自转的影响。傅科用的摆有两点是非常特殊的：一是摆线非常长，这样便于显示出轨迹的差异；二是摆锤的重量非常大，以减少空气阻力的影响，保证摆在不增加外力的情况下能进行长时间摆动。在实验的过程中，摆动方向的变化是由于地球沿着自西向东方向转动的结果，从而有力地证明了地球是在自转。正是由于伟大的傅科演示出了这个有趣的实验，因此这种可以证明地球自转的摆被称为“傅科摆”。

如果把傅科摆分别放在地球的南极、北极和赤道上，摆动的轨迹会有什么变化呢？在中国科学技术馆二层“探索与发现”A厅就有这样一个展项，名字叫“傅科摆”。站在大大的傅科摆模型面前，你一定要有足够的耐心，仔细观察，等待三段时间后就会发现，摆动的平面在缓缓地转动。它的旁边还细观察，等待一段时间后就会发现，摆动的平面在缓缓地转动。它的旁边还有三个小模型，演示了傅科摆在南极、北极和赤道上的摆动情况。由于地球自西向东自转，在北极观察时，地球按逆时针旋转，因此摆动平面按顺时针方向转动；反之，在南极观察，摆动平面按逆时针方向转；而在赤道上，傅科摆的摆动方向没有任何改变。