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标题: 你知道怎么证明地球自转吗？一根线一个球就可以，究竟怎么回事？ [打印本页]

作者: 森焱垚 时间: 2023-4-6 10:27
标题: 你知道怎么证明地球自转吗？一根线一个球就可以，究竟怎么回事？
你知道怎么证明地球在自转吗？其实只要有一根线和一个金属球就能证明，这是怎么回事呢？
主席有句诗叫作“坐地日行八万里”，表达的就是地球的自转现象，我们纵然坐在原地不动，也是时时间刻跟着地球在做自转运动。对于现代人来说，我们固然无法直接感知地球的自转，但是课本上早已告诉了我们这个原理。

可在500年前哥白尼提出日心说时，却由于无法证明，地球既然围绕太阳转，又为何会出现太阳的东升西落，而被教会说成是异端活活烧死。纵然我们现在已经知道，地球的自转是造成黑夜白昼交替的原因，但是怎么让人们亲眼感知地球的自转一直是一个难题。
直到1851年法国物理学家傅科，在万神殿做了一个风趣的实验，这座古罗马时期供奉诸神的神殿，厥后成为了安葬法国闻名历史人物的圣殿，所以又被称为先贤祠。圣殿的最高处是一个巨大的圆形穹顶，傅科便将一条长达67米绳索从其中央悬挂下来，并且在下方安装了一个重达28千克的铜制摆球，摆球下部呈现尖锥状，可以在下方的沙盘中划出陈迹。

在人们的凝视下，傅科拉动了摆锤做单摆运动。按人们通例的明白，摆锤应该在一个垂直平面上往返运动，就像摆钟里的摆锤一样。但是这个摆球差别，由于只是单纯的绳索毗连，并且附近都没有任何阻挡，这也是傅科选择在先贤祠的大穹顶下做这个实验的原因。
随着时间的推移，原本应该在平面上做往返运动的摆球，开始发生了偏移摆动，不断在沙盘上划出花瓣样的轨迹，并且不断的围绕中央点发生一点一点的偏移。这其中除了最初给出的，让摆球做单摆运动的力之外，还有地球的自转运动，让摆球摆动看起来发生了偏移。

这个装置厥后就被命名为傅科摆，现在在许多科技场馆中都可以看到如许的装置，只是沙盘被换成了刻度盘，或者周边一圈会被放置小球或者金属块，为的都是将摆球摆动偏转的位移更清楚的展示出来。
证明地球自转其实可以用傅科摆来实验，那如果吊着摆球的那根绳子不存在，又会发生怎样的结果？

我们之所以一直很难直观地展示地球的自转，是由于在地球上日常所见的事物，都很难摆脱地球自转产生的惯性。有的人提出如许的假设，如果一个人原地垂直跳起，当再垂直落下时，地球由于自转，人应该不会再落到原地。这个假设理论上似乎是建立的，但是地球的自转相对迟钝，并且人在地球上受到惯性的影响，所以几乎是看不出变革的，纵然将这个实验搬到高速行驶的高铁上，由于同样受到惯性的影响，也是无法看出变革。

所以傅科摆的作用，就是在尽量制止惯性影响之下，显现地球的自转。而傅科摆的摆球通常是重量较大的金属球，并且用绳索毗连，受到的惯性影响几乎可以忽略。这可以看成是一个完全悬空运动的球体，如许的话将地球看做是参照物的话，傅科摆在运动时，就产生了偏移。
但其实真正来说，傅科摆却并没有发生运动偏移，发生运动的是地球的自转，只是我们选择的参照物差别造成的。

可以用一个小实验来验证这个现象，让两个实验者分别坐在，一个可以转动的圆盘装置两端，当转盘静止时，两人相互之间抛接篮球都可以顺遂接到。但是当转盘开始转动时，同样的抛球对方却无法接到，并且篮球相对于接球的实验者发生了偏移，我们知道抛球仍然是直线向前，接球的实验者也是坐在抛球者的对面，始终没有脱离。球的运动轨迹没有改变，人的相对位置也没有改变，改变的是实验者所处的平台转动。

如果将这个平台放大，就可以明白为自转的地球，所以如果吊着摆球的绳索不存在，并且没有地球引力的话，摆球依然是可以按照自己的轨迹做单摆运动，而产生变革的恰恰是地球自转，和地球上被自转带动的人。而且不但是傅科摆，任何理论上可以长时间不受惯性影响悬空的物体，都可以雷同的证明地球自转。
用傅科摆证明地球自转，其实还需要有相对的眼光和参照系，这是怎么回事呢？

其实使用傅科摆证明地球自转，除了实验自己还要明白参照系的题目，如果我们始终对峙以自身作为参照物的话，仍然是很难明白地球的自转，由于我们只看到了傅科摆的摆球摆动发生偏移，却始终无法看到脚底的地球发生转动，由于傅科摆的偏移和地球的自转就是一对事物相对运动的显现。
如果将傅科摆搬到北极演示，那么会展示得非常清晰，也更好明白。由于地球是围绕南北极之间的轴线自西向东自转，假设在北极轴线的正上方有一个点，可以垂下一个摆球，那么地球的自转和摆球的摆动就实现了一个共轴的关系。

当摆球往恣意方向做单摆运动时，往返的轨迹线，始终是沿着垂直地球所在的平面。而地球自西向东的转动，让这个轨迹所在的平面不断地向西偏转，每小时偏转的角度是15度，如许的话一圈360度恰好需要的是24个小时，和地球自转一圈的时间，以及白昼和黑夜交替的24小时是相互吻合的，所以更好明白。
不外也正是由于南北南北极是最完美的展示园地，从南北极越往低纬度，傅科摆的偏转角度越小，偏转一圈所需要的时间也越长，并且在赤道上傅科摆几乎是不会发生偏转的。所以傅科摆的偏移并不是受地球自转直接产生力的影响，而是一个相对运动现象。

我们在明白任何事物的时间，都应该是以相对的眼光去对待，如果一直固守自我的有限认知，便无法明白许多事物，乃至会造成许多悲剧。比如哥白尼提出日心说时，人们所能看到和明白的，却只是眼睛所见的日月星辰围绕着地球转动。而看似雷同的日月转动，其中太阳的转动是由地球自转造成的，而月球的转动则是由月球围绕地球公转，和地球自转共同影响的。
所以眼见的不愿定为实，任何科学的真理背后，都需要不断地勇于探索和发散思维。就像傅科摆的发明，一个小小实验就将人们难以演示的地球自转简单化解。

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