遠古時代,人們認為地球是平的,太陽落到地平面下面,天就黑了。也有人認為,地球是不動的,太陽嵌在天幕上,由于天幕不停地轉動才引起太陽東升和西落?,F(xiàn)在。人們已經(jīng)明白:每隔24小時經(jīng)歷的一次白天和黑夜是由于地球自轉造成的。那么,怎樣用實驗來證明地球確實在自轉呢?
歷史上最有名的證明地球在自轉的實驗被人們稱為傅科擺實驗。說起傅科做這個實驗,還別有趣味。那么,我們先來看這個實驗,然后再自己動手做做。
話說1851年的一天。法國物理學家傅科帶著他的兩位青年助手來到巴黎的先賢祠。他們?nèi)艘贿M門便東張張,西望望,來在祠的中央止步了。抬頭向穹頂望去。他們觀看了一陣以后又一同離開這座大建筑物。
祠里的管事覺得這三人的行跡可疑,便立即向祠主管秉報。主管吩咐“要警惕他們,防止他們行竊或破壞”。
第二天,傅科和他的兩位助手再次來到先賢祠。不過,這次他們不是空手來,而是攜帶著一些器物,因而行動起來比較遲緩。管事躲避在暗處,目不轉睛地盯住他們的一舉一動。只見其中一位助手腰間系著一根長繩,像猴子似的在一根大柱子上登攀。不一會兒這年輕人便爬到穹頂?!澳撬I竊穹頂上的雕刻木板?”可是,那年輕人將繩子一端系在屋梁以后。便從原來那根大柱子很快地滑下來。
那管事剛松一口氣,站在下面的那位助手卻立即行動起來。他將一個金屬球懸掛在繩子的末端,隨后又在地板上沿南向北方向畫出一條白線,繼而推動金屬球沿著白線來回擺動起來。
管事在旁暗自思忖:他們在干什么,會不會搞定時爆炸,那個黑球說不定就是以擺動次數(shù)作為計時的定時炸彈?一想到這里便覺得不能讓他們在那里繼續(xù)胡搞下去了。于是,他一個箭步?jīng)_上前去。并大喝一聲:“快住手,不許你們在這里搞定時爆炸!”隨即又迅速用雙手穩(wěn)住正在緩緩擺動的金屬球。
傅科站出來說: “請這位先生讓開點,先讓我們做完這個實驗,再向你解釋清楚?!?/p>
“做什么實驗?”管事疑惑地問道。
“證明地球自轉的實驗?!备悼苹卮鹫f。
“你們在愚弄人,人怎么能夠看得到地球自己在轉動呢?”管事以難于置信的口氣發(fā)問。
“那就請你耐心看看我們的實驗吧!”說完,傅科便叫助手推動金屬球沿著白線方向擺動。
開始的時候,金屬球沿著白線有節(jié)奏地一下一下地擺動著。隨后。金屬球擺動的方向漸漸地偏離了白線,由東向西旋轉著。幾小時后,金屬球擺動的方向相對于白線形成個很大的角度。
這時。傅科指著出現(xiàn)的金屬球舞動方向與白線的夾角對管事說: “這下子可看見了吧!這就是地球自轉的證明?!?/p>
“這種夾角怎能證明地球自己在轉動呢?”管事更加丈二和尚摸不著頭腦了。
原來,地球像個巨大的陀螺,一刻不停地自西向東旋轉著,每轉一圈就是一晝夜。地球是向東轉動著,而慣性使金屬球始終保持原來的擺動方位,便產(chǎn)生金屬球擺動面向西偏轉的現(xiàn)象,因而出現(xiàn)與地板上的白線有一個較大的夾角。擺動方向的改變,在南北極只要24小時就能改變360°;到了北京,約需40小時才行;在赤道上,就不會看到擺動的方向有所改變了。
后人為了表彰傅科證明地球自轉的實驗,便將這種金屬球大擺命名為“傅科擺”。我國北京天文館大廳里也有這種傅科擺。同樣日夜向人們揭示著地球白轉的秘密。
現(xiàn)在,就讓我們自己來做類似于傅科擺的實驗吧。
實驗一
取直徑為50厘米的白色搪瓷面盆一只。為便于觀察,用特種鉛筆,在面盆邊緣沿順時針向每隔30°作一標記,將其12等分。分別為0°、30°、60°、90°、…、180°、…、270°、…、360°,如上圖。為防止外界振動和干擾,將盛滿清水的面盆置于底摟的水泥地面。取一張吹塑紙。用刀片剪裁成寬0.1~0.2厘米、長8厘米的紙條(當然也可用笛膜或細竹絲代替)。將吹塑紙條浮于面盆水面,兩端平穩(wěn)地指向0°和180°。為防止風吹和外界影響,可在面盆上蓋一薄板。經(jīng)過3~4小時,輕輕打開薄板,你會驚奇地發(fā)現(xiàn),吹塑紙條沿順時針方向“轉過”一個角度。由于面盆隨著地表作逆時針方向轉動,而浮于水面的吹塑紙條并沒有轉動,其指示的轉動角度,恰恰驗證了地球的自轉。
實驗二
將一把鑰匙掛在一根細長的線的下端,固定細線的另一頭,然后,在正好能接觸鑰匙尖的地方放一個水平沙盤。將鑰匙拉開一定的角度后放手讓它自由擺動。鑰匙會在沙盤上畫出它運動的軌跡。一開始是一條線,一段時間以后,這條線會偏轉一定的角度,成為一個對稱的扇形。隨著時間的推移,偏轉角度越來越大,每小時大約偏轉15度,恰好是地球自轉的角速度。這樣就可以準確而明顯地演示出地球的自轉。
這個實驗是利用了慣性來完成的。當鑰匙這種比較重的物體在擺動的時候,由于慣性,它會保持原來的方向。地球由于自轉使大地平面不斷地出現(xiàn)偏轉角度。這樣就會偏離鑰匙的擺動方向。通過擺動的鑰匙在沙盤上留下的痕跡,就展現(xiàn)出了偏離的角度,從而展示出了地球的自轉。