Маятник Фуко: как французский физик измерил точную скорость света и доказал вращение Земли

Жан Бернар Леон Фуко (1819 — 1868) — это выдающийся французский физик, механик и астроном, который вошел в историю науки благодаря экспериментальному доказательству суточного вращения Земли и ряду фундаментальных открытий в области оптики и механики. Был членом Парижской Академии наук, а также иностранным членом Лондонского королевского общества. Одним из наиболее известных изобретений Жана Фуко является маятник, названный его именем. Что это за устройство, а также какие еще открытия сделал французский физик, пишет Фокус.

Хотя Жан Фуко наиболее известен благодаря маятнику, названному его именем, о котором подробнее будет сказано ниже, исследования французского ученого больше касались не механики, а оптики и электричества.

Скорость света

Сейчас известно, что скорость света составляет почти 300 000 км/с, но немного она отличается в зависимости от среды, через которую свет перемещается. Так вот Фуко впервые определил максимально близкую к реальной скорость света. В 1850 году расчеты физика показали, что скорость света в воздухе составляет 298000 км/с ±500 км/с, что было на 10 000 км/с меньше, чем показывали предыдущие измерения других ученых.

Фуко впервые доказал, что скорость света в воздухе и воде отличается: в воде свет перемещается медленнее. Это исследование дало возможность лучше изучить поведение света в разных средах, а также дало основу для будущих разработок в оптике.

Исследования, которые проводил Фуко, положили конец корпускулярной теории света, согласно которой свет состоит только из частиц. Был получен важный аргумент в пользу того, что свет также имеет волновую природу. Позже было доказано, что свет ведет себя и как частица, и как волна, что теперь известно, как корпускулярно-волновой дуализм.

Вихревые токи

Фуко открыл индукционные вихревые токи (их еще называют токи Фуко). Это замкнутые электрические токи, которые возникают внутри массивных проводников при изменении магнитного поля, действующего на них

Когда магнитное поле вокруг проводника меняется, оно создает внутри металла электрическое поле. Ток течет в металле по замкнутым вихревым траекториям. Вихревые токи всегда направлены так, чтобы мешать изменению магнитного поля, которое их создало. Это вызывает сильный нагрев металла.

Индукционные вихревые токи, например, используют в индукционных плитах, где происходит быстрый нагрев дно посуды с помощью переменного магнитного поля.

Гироскоп

Фуко создал устройство, которое изменило навигацию. В 1852 году ученый создал прибор, способный сохранять ориентацию в пространстве независимо от вращения Земли, и дал ему название "гироскоп". Это изобретение стало основой для развития современных систем навигации. Гироскоп позволяет стабилизировать движение самолетов, кораблей и космических аппаратов, использующих его для ориентации в пространстве.

Маятник Фуко

Как уже было сказано выше, Жан Фуко многим известен благодаря маятнику Фуко. С помощью этого устройства французский физик в 1851 году впервые научно доказал факт вращения Земли вокруг своей оси — или суточное вращение нашей планеты. Именно благодаря тому, что Земля вращается вокруг своей оси, происходит смена дня и ночи.

Фуко провел эксперимент с маятником сначала в Парижской обсерватории, а затем в парижском Пантеоне в начале 1851 года. Он использовал тяжелый, длинный и медленный маятник, состоящий из тяжелого шара, подвешенного к потолку на стальной проволоке, и продемонстрировал доказательство вращения Земли вокруг своей оси.

Плоскость колебания шара возвращалась в соответствии с вращением Земли, зафиксированным в точке подвешивания. Фуко доказал, что если бы поверхность Земли не вращалась, маятник не показывал изменения плоскости колебаний. Наличие суточного вращения нашей планеты ответственно за постепенный поворот плоскости колебаний маятника относительно связанных с Землей ориентиров.