不明白傅科摆!

资料说”在赤道上的摆几乎不转动”.但我觉得这取决于摆的摆放位置,如果和地球自转方向是平行的,显然观察不到摆的转动;但如果垂直于地球自转方向,那摆动就很明显了.纬度越高,地球自转的线速度越慢,赤道是线速度最快的,那不是应该赤道上摆动得最明显吗?物理不好,纯粹是凭自己有限的知识理解的,请教大家!

1、地球自转的线速度 摆球的摆动线 大小、方向都不同

2、科里奥利现象和科里奥利力
我们现在从一个简单的例子说起。如图1.设在以角速度ω沿逆时针方向转动的水平圆盘上,沿同一半径坐着两个儿童,童A靠外,童B靠内,二者离转轴O的距离分别为VA和VB,童A以相对于圆盘的速度V’沿半径方向向童B抛出一球。如果圆盘是静止的,则经过一段时间△t=(VA-VB)/V’后,球会到达童B,但结果是球到达了童B转动的前方一点B’,对这个现象可如下分析,由于圆盘在转动,故球离开童A的手时,除了具有径向速度V’外,还具有切向速度VtA,而童B的切向速度为VtB,由于童B的位置靠近圆心,所以VtA>VtB,在垂直于AB的方向上,球运动得比B远些。这是在盘外不转动的惯性系观察到的情形。
对于以圆盘为参考系的B,他只看到A以初速度向他抛来一球,但球并未沿直线到达他,而是向球球运动的前方的右侧偏去了,这一结果的分析发现,地球在具有径向初速度V’的同时,还具有了垂直于这一方向而向右的加速度a’,应用牛顿第二定律对于加速度的解释,既然球出手后在水平方向上没有受到“真实力”的作用,那么球一定受到了一个垂直于速度V’而向右的惯性力Fc。这种在转动参考系中观察到的运动物体(由于转动参考系中各点的线速度不同而产生)的加速现象中科里奥利效应,产生此效应的虚拟的惯性力叫科里奥利力。
利用此例可导出科里奥利力的定量公式。 以转动系为参考系,球从A到达B’的时间是△t’=(VA-VB)/V’。在△t’时间内球偏离AB的距离BB’=(VtA-VtB)△t’=ω(VA-VB)△t’= V’ω(△t’)2,在△t’很小的情况下,可以认为沿BB’的运动是匀加速运动而初速为0,以a’表示以加速度应用BB’=1/2 a’( △t’)2,与上一结果比较可得:a’=2V’ω。在此转动参考系内形式地应用牛顿第二定律,可得科里奥利力大小为FC=ma’=2m V’ω。在此例中,圆盘沿逆时针方向转动,科里奥利力方向指向质点运动的右方。同理,如果圆盘沿顺时针方向转动,则科里奥利力的方向指向质点运动的左方。
一般地可以证明,当质量为m的质点相对于转动参考系(角速度矢量为ω)的速度为V时,则在转动参考系内观察到的科里奥利力为
Fc=2m V × ω。 (1)
转动参考系上物体运动时受另一种惯性力(科里奥利力)的作用现象是法国一位工程师和物理学家科里奥利发现的。我们的地球就是一个转动参考系,所以在地面上运动的物体一般都受科里奥利力的作用。1851年,法国科学家傅科做了一个著名的实验,他从巴黎葬院的穹顶上悬挂了一副67米长的绳索,下面吊着一个28公斤重的摆锤。随着每一次摆动,地上巨大的沙盘便留下摆锤运动的痕迹,令观摩者相顾惊诧的事情发生了,这只大摆没有始终按一条直线来回往复,而是经过一段时间后,摆动方向偏转了很大角度,傅科宣布:“我们看到了地球的转动。”假如这个实验在北极做,傅科摆一昼夜便会转过360度,而在赤道上,摆动就不会发生偏转。

3、用科里奥利力解析傅科摆
下面用科里奥利力向大家详细介绍一下有关傅科摆的问题。
傅科摆是法国物理学家傅科(J.B.L.Foucault)1851年在巴黎万神殿的圆拱屋顶上悬挂一个长约67米的大单摆,发现在摆的过程中,摆动平面不断作顺时针方向的偏转,从而证明地球是在不断自转的。
上面已经说明,在一般情况下,科里奥利力的公式为:
fc=2mv×ω (2)
w : 转动系的角速度矢量,w的方向与转轴重合,指向按右手螺旋法则规定。
对于北半球A点的傅科摆来讲当摆在A点有任意速度V时,其速度均可分为三个分量,径向分量Vr ,角向分量VΦ ,轴向分量V//.
对于Vr :根据公式,可知其受到的科里奥利力为:fc r = 2m vr ×ω ,其大小为2mvrω , 方向为沿y 轴正方向.
对于VΦ :则根据分式有,fΦ = 2m vΦ ×ω , 其大小为2mvΦω ,方向为沿x轴的正方向.
对于V// :因为V// 与ω的方向夹角为0,所以其不受科里奥利力的作用。
则小球受到的科里奥利力为:
fc = fc r + fΦ (3)
并且该力肯定会在这样的一个平面上, 这个平面是由V和ω的方向所组成的平面,并且与速度V垂直.
如果对V整体来分析,因为V不与Z轴平行,所以必受科里奥利力的作用.其所受科里奥利力fc 的方向垂直于一个平面,这个平面是由V和ω的方向所组成的平面.所以fc垂直于V, 使V发生偏转.

参考资料:http://baike.baidu.com/view/69408.htm

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第1个回答  2010-01-16
傅科摆是指摆长较长的单摆,它的摆动平面随时间匀速转动的单摆。
也就是说,某一时刻它可能是东西方向摆动,而过一段时间就变成了南北方向摆动了。
傅科摆摆动平面转动的原因是因为地球的自转。地球是非惯性参考系,因此受到一个惯性力的作用,这个惯性力被称为科里奥利力。在它的作用下,摆动平面开始旋转。
在赤道上,科里奥利力接近于零,因此几乎不转动。

参考资料:http://baike.baidu.com/view/69408.htm?fr=ala0_1

第2个回答  2010-01-21
这个是个惯性问题。这个不能用线速度来分析,要用角速度。如你所说,在赤道上平行自转方向,肯定观察不到。垂直时,摆的侧面确受到地球自传的影响,但是它所受的“力”在它摆动的全过程中相对于它是恒定的,在摆动方向没有力矩产生,所以它不会转动

参考资料:从小学到大学所学的物理知识

本回答被提问者采纳
第3个回答  2019-11-13
第4个回答  2010-01-16
这玩样不是说秋千荡的高,而是说不在一个平面里荡,唉
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