Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

Foucault ingakísérlete

2016. február 16., 13:22
 

Száznegyvennyolc éve, 1868. február 11-dikén halt meg Jean Bernard Léon Foucault (ejtsd: fukó), francia fizikus. Ő elsősorban attól az ingakísérlettől vált híressé, amellyel kézzelfoghatóan tudta bizonyítani, hogy a Föld forog a tengelye körül.


 
Az ábra megmutatja, hogy pontosan milyen utat is jár végig egy felfüggesztett inga, a mozgása során. (Forrás: wikipédia)

Voltak-e addig is bizonyítékok?
A Nap és a Hold égi mozgásának megfigyeléséből sokan következtettek arra, hogy a Föld valószínűleg forog a saját tengelye körül. Ám mivel sokáig úgy képzelték, hogy a Föld áll a középpontban, a látható, forgásra utaló jelenségeket a többi égitest mozgásával magyarázták. A Földről magáról inkább azt feltételezték, hogy mozdulatlan. A heliocentrikus világkép megjelenésével azonban a „mozdulatlan Föld” koncepcióját is könnyebb volt megkérdőjelezni, de a forgást közvetlenül még mindig nem tudták bizonyítani. A 19. század elején azután az ún. Coriolis-erő felfedezése és kiszámítása jelentette azt, hogy közelebb kerültek a konkrét bizonyításhoz.
A Coriolis-erő a fizikában az egyik tehetetlenségi erő, amely a Föld felszínén mozgó testekre hat. A Föld forgása idézi elő, de nem azonos a centripetális (tehát a középpont felé húzó) erővel. Ez egy ún. eltérítő erő, amely szemmel látható kitéréseket hoz létre a testek mozgásában. Ilyen kitéréseket ismertek föl például a szélrendszerek és az óceáni vízmozgások rendszerében. De ezt láthatjuk pl. a mosdókagylókban lefolyó víz irányának eltéréseiben is (más irányban folyik le az északi, és másban a déli féltekén). A névadó, szintén francia tudós, Gaspard-Gustave Coriolis 1835-ben alapos számításokat végzett, és pontosan meghatározta, hogy mit jelent ez az erő. A fizika nyelvén a Coriolis-erő az inerciarendszerhez képest forgó (tehát egyben gyorsuló) vonatkoztatási rendszerben hat a mozgó testre.
(A mechanikában inerciarendszernek, vagyis tehetetlenségi rendszernek azt a vonatkoztatási rendszert nevezik, amelyhez viszonyítva egy test mozgására érvényes Newton első törvénye, tehát a tehetetlenség törvénye. Részletesen ld. például itt.) A Coriolis-erő közvetve igazolja a Föld forgó mozgását, azon az alapon, hogy szemmel láthatóan része a már jól ismert centripetális ill. centrifugális mozgásrendszernek, vagyis hogy ahhoz képest működik, ill. egy vonatkozásban attól tér el. A Coriolis-erő ugyanis nem azonos egyikkel sem, hanem az eltérítő erő és a centrifugális erő eredője. Foucault 1851-ben már ennek ismeretében, ill. erre támaszkodva végezte el azt a kísérletét, amelyben bebizonyította, hogy az általa felfüggesztett inga lengési síkja a Coriolis-erő eltérítő hatása következtében lassan elfordul, és ez azt bizonyítja, hogy az inga forgó rendszerben mozog. Kísérletével azt is megmutatta, hogy az általa mért és a Coriolis által elméletileg kiszámolt érték megegyezik – elődjének tehát jók voltak a feltételezései.

Foucault kísérletének színhelye, Párizsban.

Hogyan zajlott le Foucault kísérlete?
1851-ben Foucault egy 67 méter hosszú dróton lengő, nehéz vasgömböt függesztett fel a párizsi Panthéonban. Akkor már jól ismerték az ingamozgások természetét, ezért a fizikus tudta, hogy ha sikeres kísérletet akar elvégezni, akkor az inga hosszához képest viszonylag kis méretű, de nagy tömegű tárgyat kell felfüggesztenie. Ezért választotta a vasat. A gömb formát pedig az indokolta, hogy ha a drót meghosszabbított vonala éppen a gömb közepére (tehát a súlypontjára) irányul, akkor ezzel minimálisra lehet csökkenteni a közegellenállás hatását. Azt is tudta, hogy a mozgáshoz nagy tér kell, ezért esett a választása a Panthéonra, amely Párizs egyik legnagyobb kupolájú épülete volt. Az inga felfüggesztésének súrlódása tehát olyan kicsi volt, hogy az inga órákon keresztül képes volt lengeni. (Az inga eredeti példányát a párizsi műszaki múzeum, a Musée des Arts et Métiers őrzi. Ám 2010. április 6-án, egy baleset során az inga kötele elszakadt és a szerkezet helyrehozhatatlanul összetört.)

A Coriolis-erőt korongokkal is lehet érzékeltetni. A Csodák Palotájában pedig személyesen is kipróbálhatod a hatást, egy nagyméretű forgó korongon, amelybe indítás előtt a gyerekek beülhetnek egymással szemben, a hátukat a falnak támasztva. A korong megforgatása után csak annyit kell tenni, hogy egy labdát kell elgurítani a másiknak. Ez persze nem lesz könnyű, hiszen a Coriolis-erő a guruló labdákat görbe pályára kényszeríti. (Forrás: wikipédia)

Foucault a kör fokbeosztását helyezte el a padozaton, hogy a várakozásai szerint majd ezzel tudja pontosan mérni, mennyit mozdult el az inga az eredeti lengési síkjától, illetve hogy végül az egész kört be fogja járni. És valóban ez is történt: az inga lengése igazolta, hogy lengés közben valaminek el kellett mozdulnia. Ez a „valami” nem lehetett egyéb, mint az inga felfüggesztési pontja, tehát az épület maga, amely pedig a Földön áll – vagyis a Föld az, amely elmozdult az inga alatt. Az inga lengésében értelemszerűen két időt kellett megkülönböztetni: az inga lengési idejét és a körbefordulási idejét. Ez utóbbi attól függ, hogy a Földön hol állítjuk fel az ingát: más lesz, ha a legnagyobb szélességi fokon, és más, ha a pólusokon mérjük (ez utóbbin éppen 24 óra alatt járja be a kört az inga). A kísérlet, amely tehát egyértelmű bizonyítékként szolgált, a Föld forgásához, akkora siker volt, hogy 1851-ben III. Napóleon francia császár is megnézte. Foucault pedig 1855-ben ezért és egy hasonló, az általa 1852-ben feltalált giroszkóppal végzett kísérletéért megkapta a londoni Royal Society Copley-érmét, valamint a párizsi Császári Obszervatórium fizikus munkatársa lett.
A 19. században csupán kétszer tudták megismételni a kísérletet: a holland Heike Kamerlingh Onnes, 1879-ben, a Groningeni Egyetemen, majd a magyar Gotthard Jenő és Kunc Adolf Szombathelyen, 1880-ban.

Hol voltak Magyarországon is ingakísérletek?
Magyarországon a Miskolci Egyetem Geofizikai Tanszéke üzemeltet egy Foucault-ingát, az egyetem főbejáratának üvegcsarnokában. Itt a lengési sík teljes körbeforgásának ideje 32 h 6 perc. A webkamerát itt találod. Ez az ország egyetlen, nem csillapodó, "meghajtott" Foucault-ingája. A legnagyobb látványosságot azonban az jelentette, amikor a magyar kísérlet 130-dik évfordulóján, 2010-ben a Szombathelyi Székesegyházban megismételték a kísérletet, és kb. tízezer ember látogató élvezhette az újraindított ingát. Ennek részleteitől itt olvashatsz.
Ma már evidencia, hogy a Föld forog – nem szorul bizonyításra. Foucault ingakísérletének azonban ettől függetlenül számtalan, további haszna is van, hiszen rengeteg tudást ad arról, hogy milyenek is annak az anyagnak a mozgásai, amelynek közegében élünk.

 

Lévai Júlia

 

 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

Kapcsolat | Impresszum