بدون خیره شدن به اجرام سماوی از طریق یک تلسکوپ غول پیکر، یا انجام سفری سریع به ایستگاه فضایی بین المللی، آیا می‌توانید به طور قطعی ثابت کنید که زمین حول محور خود می چرخد؟ به نظر می‌رسد یک کار تقریبا غیرممکن است، نه؟ با این حال، همان طور که در دهه 1800 توسط فیزیکدان فرانسوی ژان برنارد لئون فوکو نشان داده شد، انجام این کار، دقیقاً در این جا، روی خود زمین، امکان پذیر است.
فوکو متولد 1819، فرزند ناشری فرانسوی بود. از سنین پایین مهارت فوق العاده‌ای در ساخت اسباب بازی‌های مکانیکی نشان می‌داد. او تحصیل پزشکی کرد، اما بعداً به مطالعه علوم فیزیکی در رصد خانه پاریس پرداخت. آزمایش آونگ فوکو ثابت می‌کند که زمین در حال چرخیدن به دور محور خود است. فوکو به طور گسترده‌ای به عنوان یکی از پرافتخارترین و همه کاره‌ترین آزمایشگران در تمام دوران شناخته می‌شود. وی به اختراع ژیروسکوپ که ابزار مهمی است که برای نشان دادن جهت ثابت در حین حرکت سریع مورد استفاده قرار می‌گیرد، اعتبار دارد. این بخش مهمی در بسیاری از سیستم‌های پیمایشگری است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در سال 1851، فوکو آزمایشی نوآورانه را برای تأیید چرخش زمین ابداع کرد. دستگاه اصلی وی آونگ بزرگی بود که بعدها به افتخار وی به عنوان آونگ فوکو شناخته شد. در این جا، خواهیم فهمید که چگونه آونگ فوکو ثابت می‌کند که زمین به گرد محور خود می‌چرخد. با این حال، قبل از آن، اجازه دهید چند مفهوم مهم در فیزیک را مورد بررسی قرار دهیم، که اساس این آزمایش را تشکیل می‌دهند.
آونگ‌ها و مفهوم اینرسی
سر آیزاک نیوتن توضیح داد که اگر یک نیروی خارجی بر جسمی اعمال شود، آن جسم شروع به حرکت در یک خط مستقیم می‌کند. سپس این جسم حرکت خطی خود را ادامه می‌دهد تا این که نیروی خارجی دیگری برای قطع / تغییر مسیر آن اعمال شود. نیوتن این توانایی جسم را برای مقاومت در برابر هرگونه تغییر در وضعیت حرکتی خود، از جمله سرعت و همچنین جهت حرکت، اینرسی نامید.مثال خوبی از تأثیر اینرسی زمانی است که ترمزهای موجود در وسیله نقلیه‌ای که شما در آن نشسته‌اید به طور ناگهانی اعمال شود. در حالی که وسیله نقلیه به دلیل اصطکاک متوقف می‌شود، اینرسی باعث می‌شود بدن شما به جلو حرکت کند تا این که خود را با استفاده از دستان خود یا به کمک کمربند ایمنی متوقف کنید. این وضعیت به صورت یک حرکت تند و ناگهانی تجربه می‌شود.
آونگ‌ها وسایلی هستند که بر اساس مفهوم اینرسی کار می‌کنند. آنها معمولاً یک شاقول را تشکیل می‌دهند که معمولاً یک کره وزین است که از یک انتهای یک سیم یا رشته محکم به حالت تعلیق در می‌آید، در حالی که انتهای دیگر در یک دست نگه داشته شده است یا در بعضی از نقاط با یک نقطه ثابت گره خورده است.
هنگامی که شاقول به عقب کشیده و رها شود، تحت نیروی ثقل پایین می‌آید و تحت اینرسی به جلو حرکت می‌کند، تا این که طول ریسمان شاقول سفر آن را محدود کند. پس از آن، به دلیل همان نیروها، دوباره به عقب و بالا تاب می‌خورد.
بنابراین، آونگ تحت تأثیر نیروی جاذبه و اینرسی که فقط هوای اطراف با آن مخالفت می‌کند، آزادانه در حال تاب خوردن مداوم است. میزان اینرسی توسعه یافته به وزن شاقول بستگی دارد، همچنین وزن شاقول تعیین کننده زمان لازم برای مقاومت هوا برای جلوگیری از تاب خوردن آونگ است.
هرچه وزن شاقول بیشتر باشد و طول نوسان آن طولانی‌تر باشد، مدت زمان ادامه نوسان آن بیشتر خواهد بود. مقاومت هوا به مقابله با حرکت شاقول ادامه خواهد داد و سرعت شاقول را کاهش می‌دهد و سرانجام آن را متوقف می‌کند.
نمایش آزمایش آونگ فوکو
برای درک کار آونگ فوکو، اجازه دهید یک نسخه ساده‌تر از آزمایش اصلی آن را انجام دهیم. تصویر زیر تنظیمات را نشان می‌دهد.آونگ فوکو با دو میخ افتاده
تعدادی از میخ‌های چوبی سبک به صورت دایره‌ای و با فاصله‌ای برابر از یکدیگر در کف زیر آونگ چیده شده‌اند. این میخ‌ها به گونه‌ای انتخاب شده‌اند که به محض تماس با توپ سنگین، بدون اثر گذاشتن بر روی سرعت یا جهت نوسان آن به راحتی می‌افتند. سپس توپ به کمک یک ریسمان کوچک به یک نقطه ثابت ساکن در اتاق بالا کشیده شده و گره می‌خورد.
برای شروع آزمایش، این ریسمان سوزانده می‌شود که آونگ را آزاد می‌کند و آونگ شروع به نوسان می‌کند. دلیل استفاده از این روش سوزاندن ریسمان، این است که مانع از بروز تصادفی هر حرکت زاویه‌ای ناخواسته شویم، زیرا برای این که آزمایش ما به درستی پیش رود، ما به توپی احتیاج داریم که به عقب و جلو در یک خط تقریبا مستقیم نوسان کند.
در اولین نوسان، توپ، دو میخ مخالف قطری (همان طور که نشان داده شده است) را، که در مسیر نوسان آن قرار دارند، می‌اندازد. سپس توپ بدون ایجاد مزاحمت برای میخ‌های ایستاده دیگر، به نوسان ادامه می‌دهد. به این امر اجازه داده می‌شود که برای مدتی ادامه، و اطمینان حاصل شود که نوسان آونگ و بقیه مجموعه آزمایشی بدون اختلال باقی می‌مانند.
آونگ بعد از مدت زمان به اندازه کافی زیادی (به طور معمول حدود یک ساعت یا بیشتر)، دو جفت دیگر از میخ‌ها را که به طور قطری مقابل هم هستند، همان طور که در تصویر بالا نشان داده شده است، می‌اندازد. با گذشت زمان بیشتر و بیشتر، آونگ به طور دوره‌ای باعث می‌شود تا میخ‌های ایستاده بر اثر برخورد با آونگ بیفتند، تا این که مقاومت هوا در نهایت سرعت آونگ را کند می‌کند و سرانجام آن را متوقف می‌کند و در نتیجه آزمایش پایان می‌یابد.
مشاهده و توضیح
در تظاهرات فوق، مشاهده کردیم که آونگ همچنان تحت تأثیر نیروی جاذبه و اینرسی خود، در یک خط نوسان می‌کند. هیچ نیرویی وجود ندارد که بتواند مسیر آن را تغییر دهد. با وجود این، به ظاهر صفحه نوسان آن چرخش دارد، و توانست مجموعه‌های بیشتری از میخ‌های قطری متقابل را بیاندازد.تنها توضیح این پدیده این است که در زمانی که آونگ به جلو و عقب نوسان می‌کند، و اختلالی در حرکت وجود ندارد، و حرکت نوسانی در امتداد یک خط مستقیم است، زمین و بنابراین کف زیر آونگ حرکت می‌کند، و بنابراین میخ‌ها را به همراه خود می چرخاند. این باعث می‌شود که به تدریج میخ‌های ایستاده در مسیرنوسان آونگ قرار بگیرند و بر اثر برخورد آونگ بیفتند. پس آزمایش آونگ فوکو ثابت می‌کند که زمین در حال چرخیدن به دور محور خود است.
منبع: Satyajeet Vispute - ScienceStruck
