驗證地球自轉的傅科擺實驗

郭紅鋒

驗證地球自轉的傅科擺實驗

1851年，法國物理學家傅科為了驗證地球自轉，在巴黎的一個大廳里做了一個成功的實驗。他用一根長67米的繩子和一個重28公斤的擺錘，在一個巨大的沙盤上空擺動。擺錘下面是尖的，擺動時就會在沙盤上劃出擺線。

很多人屏住呼吸觀看，過了一段時間，擺錘劃的擺線真的慢慢偏轉了！在場的人們不禁驚呼起來：地球真的轉動了（見圖1）！

這個實驗是根據單擺的特點設計的。單擺就是用一根細長的線（t）吊著一個重錘，使重錘在一個很小的角度（0小于5°）下擺動。如果不加外力，根據單擺定理，擺動的方向（擺動面）應該保持初始方向不變（見圖2）。現在，擺線方向發生了偏轉，這充分說明大地（地球）在旋轉。

傅科的實驗條件符合單擺定理條件（繩子很長，擺動角度很小，幾乎不受外力），所以當擺錘在沙盤上劃的線偏轉時，人們相信這是地在轉動。傅科的實驗令人信服地證實了地球自轉的事實，被后人評價為史上最完美的十大物理實驗之一。傅科做的擺也被人們稱作傅科擺。

現在，全世界很多天文館和科技館里都有精美的傅科擺展示給觀眾。北京天文館里也有一個傅科擺（見圖3）。

動手做個傅科擺

學習了傅科擺的故事，你受到什么啟發了嗎？原來科學家并不是聽到什么就信什么，而是要做實驗去證實的。既然傅科能做一個擺來證實地球自轉，天文館里也有人做出一個跟傅科一樣的擺。你能不能也做一個簡易的擺，看看它是不是有偏轉，來簡單驗證一下地球的轉動呢？如果成功了，不僅能幫助你像科學家一樣打開思路，拓寬視野，還能激發你更多的探究熱情和夢想！

為了做好實驗，我們需要準備一些器材：

1.一根細而長且又結實的線，最好是釣魚用的尼龍線；

2.擺錘或者沙袋（見圖4、圖5）；

3.地面畫線的水筆。

傅科擺的實驗過程

1.用細線把擺錘系住；

2.把擺錘吊在高處；

3.在擺錘下面劃上十字交叉線；

4.用手輕輕捏住擺錘，沿十字線的某個方向拉開，輕輕松手使之擺動；

5.觀察并記錄擺動起始時間和停止時間，并記錄擺動偏轉角度（與十字線偏離的角度）。

小鏈接：國家天文臺里的傅科擺實驗

看看同學們在國家天文臺大廳里做的傅科擺實驗過程吧：

1）用普通包裝繩把重物掛在頂棚的橫梁上，擺錘的重量是1100克（是把3個鐵秤砣綁在一起），吊點據地面高度是5米（繩長4.8米）；

2）在地面鋪上一張白紙，并畫出十字線；

3）順著一條十字線輕輕拉開擺錘約0.4米的距離，輕輕放開手，讓它自己擺起來；

4）擺錘一共擺了約14分鐘，才慢慢停了下來，可以看到擺動角度有明顯的偏轉（見圖6、圖7）。

同學們，你能自己在家里或學校做一個傅科擺實驗嗎？請把你的實驗記錄和數據寄給我們，大家一起分享成功驗證地球自轉的喜悅吧！