اسباب بازی فوکو

 

ژان برنار لئون فوکو

در ساختمان سازمان ملل متحد در نیویورک کره کوچکی دیده می شود که از یک میله فولادی نازک آویزان است و مانند پاندولی حرکت می کند و به ظاهر هر ساعت تغییر جهت می دهد. این کره طلایی که به آرامی نوسان می کند در ظاهر ساختمان ساده ای دارد ولی نشانه ای است از این حقیقت که زمین روی محور خود می چرخد. این کره به نام مخترعش، «پاندول فوکو» نامیده شده است.
ژان برنار لئون فوکو در سال 1819 در پاریس به دنیا آمد. از آن جا که پدر و مادرش متمکن بودند معلم سرخانه برای او آوردند و تحصیلات اولیه را در خانه انجام داد. در اوایل جوانی ژان علاقه و استعداد زیادی به ساختن وسایل مکانیکی نشان داد، از جمله او یک قایق و یک دستگاه تلگراف و موتور بخاری ساخت.
فوکو در دانشگاه پاریس به تحصیل پزشکی پرداخت. چون تحمل دیدن خون را نداشت طب را رها کرد. در دانشکده پزشکی به عنوان تکنیسین وسایل آزمایشگاهی مشغول کار شد. پیشرفت روش های عکس برداری که لوئی ژاک داگر در سال 1839 عرضه کرد اشتیاق فوکو را به فیزیک نور و دستگاه های نوری تهییج کرد. او به زودی متوجه شد که مهارت فنی به تنهایی برای پیشرفت او کافی نیست. از این رو به مطالعه ریاضیات پرداخت و دامنه دانش و معلومات خود را وسعت داد.
فوکو برای اندازه گیری سرعت نور روش های جالبی به کار برد ولی به علت کمی فواصل در آزمایش و نیز به سبب آن که دستگاه های فنی آن زمان چندان دقیق نبود نتایج حاصل زیاد درست نبود. ولی با وجود این تا اندازه ای موفق شد. فوکو اصل عمده ای را ثابت کرد که سرعت سیر نور در آب کمتر از هوا است. این امر کمک بزرگی کرد به بیان این نظریه که برخلاف تصور قبلی دانشمندان نور از امواج تشکیل شده است نه از ذرات. بعدها البرت مایکلسن، فیزیک دان امریکایی با استفاده از آیینه دوّار فوکو سرعت نور را با دقت بیشتری اندازه گرفت.
فوکو، دانشمند پرکار، تحقیقات خود را منحصر به مطالعه نور نکرد؛ استعداد و نیروی کنجکاوی او را به سوی تحقیق در الکتریسیته و مکانیک کشاند. لامپ با قوس الکتریکی که با ایجاد جرقه بین دو تیغه کربن در آن زمان به تدریج وارد عمل می شد، فضای بین تیغه ها با سوختن کربن زیاد می شد تا این که فاصله به آخرین حد خود می رسید و روشنایی خاتمه می یافت. فوکو دستگاه تنظیم کننده خودکاری ساخت که فاصله تیغه ها را هنگام سوختن کربن به هم نزدیک می کرد.
از جمله کارهای الکتریکی فوکو مطالعه در رابطه بین انرژی مکانیکی و حرارت و نیز انرژی مکانیکی و مغناطیس است. او جریان های گردابی را کشف کرد که به نام جریان های فوکو معروف است. این جریان ها در یک حلقه مسی در هنگام گردش در یک میدان مغناطیسی قوی تولید می شوند. این نظریه هنوز در وسایل الکتریکی امروز مورد استفاده قرار می گیرد.
پاندول فوکو دلیل برجسته ای است از قانون نیوتن که می گوید: « هرگاه جسمی به حرکت درآید حرکتش همواره در همان مسیر خواهد بود مگر این که تحت تأثیر نیرویی از خارج واقع شود» و نیز نمونه بارزی است از گردش زمین به دور محورش. این پاندول به وسیله یک یاتاقان ساچمه ای بدون اصطکاک بر روی تکیه گاه خود معلق مانده است. هنگامی که کره نوسان می کند زمین در زیر آن می چرخد. ناظر چنین تصور می کند که پاندول تغییر جهت می دهد؛ این نظر خطای دید است که مردم تصور می کنند خورشید از مشرق به مغرب در حرکت است در حالی که در واقع زمین از مغرب به مشرق حرکت می کند.
تمام اختراعات و اکتشافات فوکو خدمت بزرگی به دانش بشری کرده است. اما شاید مهم ترین اختراع او یک اسباب بازی بود. این اسباب بازی چرخ فلزی کوچکی است با طوقه سنگین. وقتی این دستگاه می چرخد همان چرخ به طور عجیبی محور خود را در همان جهت نگاه می دارد. این یک «ژیروسکوپ» است.
قرن ها دریانوردان به یاری قطب نما جهت شمال را تشخیص می دادند. قطب نما آهن ربای کوچکی است که در جهت میدان مغناطیسی زمین قرار می گیرد. استفاده از قطب نما در کشتی های فولادی ایجاد اشکال می نمود. عقربه قطب نما به جای نشان دادن شمال تحت جاذبه فولاد کشتی قرار می گرفت. دانشمندان در صدد بودند وسیله ای بسازند که تحت تأثیر جاذبه فولاد کشتی قرار نگیرد.
المر امبروز سپری، مخترع نابغه امریکایی، جواب مسئله را در ژیروسکوپ فوکو پیدا کرد و با استفاده از آن قطب نمای ژیروسکوپی ساخت. اگر این قطب نما با محورش بچرخد که متو جه نقطه شمال است در این صورت همیشه وضعیت خود را حفظ خواهد کرد هر قدر هم کشتی بچرخد. اولین قطب نما از این نوع به سال 1911 روی کشتی دلویر در نیروی دریایی بروکلین نصب شد و با موفقیت زیادی رو به رو گردید.
از اصول ژیروسکوپ در بیشتر موارد صنعتی استفاده شده است. این دستگاه به عنوان راهنمای خودکار در کشتی و هواپیما کار گذاشته می شود و آن ها را با وجود عوامل جوی هدایت می کند. دستگاه پیچیده ژیروسکوپ و ماشین حساب الکترونیک بود که راه جدیدی در کشتیرانی ایجاد کرد و زیر دریایی اتمی ناتیلوس موفق شد و با استفاده از این سیستم بود که از زیر قطب شمال عبور کرد.
از ژیروسکوپ های سپری در فضانوردی نیز استفاده می شود. هدایت موشک ها و خط سیر اقمار مصنوعی را انجام می دهد. ولی اسباب بازی فوکو بود که مقام سپری را در تاریخ علم ثبت کرد.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی