傅科摆实验 傅科摆：证明地球自转的实验

福柯摆，以法国物理学家莱昂·福柯命名，是证明地球自转的简单装置。虽然人们早就知道地球在自转，但福柯摆第一次被简单的实验证明了。今天，它是许多科学博物馆和大学的热门展览。

实验装置包括一个在任何垂直平面内振荡的高单摆。单摆的摆动方向会因地球本身的日自转而改变。这是因为当地球自转时，单摆的摆面和陀螺仪一样，在空之间仍然会保持一个固定的方向。福柯于1851年2月首次在巴黎天文台的子午室公开展出。几周后，福柯做了他最著名的钟摆。他在巴黎万神殿的拱顶下悬挂了一个28公斤重的铅锤和一根67米长的电缆。这个单摆的摆面，每小时顺时针11转，32.7小时。1855年，钟摆被移至巴黎国立理工学院的国立工艺美术博物馆。2010年4月6日，国家工艺美术博物馆挂铅锤的电缆断裂，对博物馆的钟摆和大理石地板造成不可修复的损坏。

巴黎先贤祠的傅科摆

无论在南极还是北极，当单摆下的地球以一个恒星日自转一周时，摆的振荡平面相对于恒星是固定的。因此，相对于地球，摆在南极或北极的振荡平面一天分别顺时针或逆时针旋转一次。当福柯摆悬浮在赤道上时，摆的振荡平面相对于地球是固定的，也就是说不能观测到福柯摆现象。在其他纬度，这个摆的摆动平面相对于地球逐渐旋转，但比极地慢；角速度α是与纬度φ成正比的正弦值。

这里，赤道以北和以南的纬度分别显示为正值和负值。比如一个南纬30°的福柯摆，在2天的周期内会逆时针旋转360°。

为了证明地球自转不是复杂的物理学，而只与纬度有关，福柯在1852年的实验中使用了陀螺仪。陀螺仪的转子直接跟踪恒星。因为单摆没有几何不对称，所以不受作用在单摆上的不平衡科氏力的影响。因此，无论在地球上的哪个纬度，一天之后，都可以观察到它的转轴仍然指向原来的方向

福柯摆的搭建需要非常小心，因为不确定的结构可能会导致额外的转动，被误认为是地球的影响。摆的初始启动很重要。传统的操作方法是用火焰烧掉临时捆绑铅锤的棉线，以避免不必要的横向移动。空空气阻力会使振荡衰减，所以博物馆里的福柯摆往往结合电磁或其他驱动装置来保持铅锤摆动；其他将定期重新启动。在后一种情况下，每个入会仪式都可以作为一种表演来进行。