经典实验还原
验证地球自转的傅科摆
在古时候，人们还没有“地球”的概念，大家对自己赖以生存的世界有着种种猜想。最初，大部分人相信大地是一个平面，日月星辰围绕着大地转动。后来随着活动范围的扩大，有人发现了一些奇怪的问题，比如不同地区看到的星星不同，爬上桅杆之后视野会拓宽，于是他们产生了“大地是球形”的猜想。
01
证实地球的自转
1522年，葡萄牙航海探险家麦哲伦率领的探险船队历时1082天，环球航行一周，这才证明了地球是圆的。在16世纪，哥白尼提出了“日心说”，并依据相对运动原理提出了“地球自转”的理论，第一次科学地论述了昼夜变化是由地球自转引起的。但是，人们站在地球上并不能直观感受到地球的转动，如何用实验证明地球自转成为了给科学家们的一道难题。
直到19世纪，这个难题终于得到了解决，法国物理学家莱昂·傅科在巴黎先贤祠里用他的“傅科摆”，向公众证实了地球的自转。
02“傅科摆”实验
1851年，傅科在巴黎先贤祠的大厅里安装了一个实验装置：一根长达67米的钢索悬挂在拱顶，下面挂着一颗直径为30厘米、重28千克的摆锤，摆锤的下方嵌入了一根尖针，伸进地面上摆放的直径6米的巨大沙盘里，当摆锤经过沙盘上方时，尖针就会在沙盘上留下运动的轨迹。
傅科将摆锤高高吊起，等周围的一切都平静后，用火烧断了拴住摆锤的绳子，摆锤顺势开始摆动。依照惯性定律，摆锤的摆动应该始终保持在一个平面上，在沙盘上留下唯一的轨迹。随着时间一分一秒流逝，人们惊奇地发现，沙盘上摆锤的轨迹每经过一个周期，都会沿顺时针方向发生偏转（每两个轨迹之间相差大约3毫米）。
一般来说，在没有外力影响的情况下，摆动的平面是不会发生移动的，因此我们可以分析，人们所观察到的摆平面的转动其实是一种相对运动，真正在转动的其实是大家脚下的地球。
03神奇的“傅科摆”
“傅科摆”实际上是一个非常简单的单摆结构，傅科在实验中使用了很长的钢索和重量很大的摆锤，长长的钢索让摆锤摆动的时间足够长，以便于人们观察摆动的变化，沉重的摆锤增加了摆自身的惯性，减小空气阻力，让摆动可以持续得更久。他还在钢索的悬挂点使用了特殊的万向节设计，最大程度地减少摩擦，使摆能不受地球自转的影响，始终保持摆动方向不变。就是这个神奇的“傅科摆”，让人们亲眼看到了地球的自转。
如果我们把“傅科摆”放置在不同的位置，摆动的情况也会不同：在北半球时，摆动平面顺时针转动，在南半球时，摆动平面逆时针转动，在赤道上时摆几乎不转动，而在两极极点时，摆动平面旋转的周期为一恒星日（23小时56分4秒）。纬度越高，摆动平面转动的速度越快，在傅科所在的法国巴黎，“傅科摆”的摆平面旋转一周的时间大约是31.78小时。在北京天文馆的大厅里也有一个巨大的“傅科摆”，由于北京的纬度与巴黎相比较低，它旋转一周大约需要37小时。
如今，世界各地的很多博物馆和天文馆都展出了“傅科摆”装置，虽然它们转动的情况各不相同，但它们都无声地证明着地球的自转。
04科技馆里的“傅科摆”
看了前面的介绍，你们是不是真正了解到了太阳为什么东升西落，为什么会有昼夜交替呢？如果你还没有很清楚地了解这其中的奥妙，那就请来到常德市科技馆来看看我们搭建“还原”的这件展品“傅科摆”吧！让我们一起探寻宇宙奥秘，了解人类文明发展。
撰稿：魏剑芸
视频剪辑：周清漪
终审：皇海涵