8 января 1851 года было доказано, что наша Земля вертится. Это сделал Жан Бернар Леон Фуко благодаря сконструированному им прибору. Впоследствии он был назван маятником Фуко. Более подробно об этом событии вы узнаете из нашей статьи

Понять эксперимент не так-то просто, но попытаемся всё же проникнуть в его суть. Фуко подвесил пятикилограммовый шар из латуни на стальной двухметровой проволоке к потолку. Затем он его раскачал. Что же он смог заметить?

Исследователь зафиксировал поворот плоскости раскачивания на несколько градусов. Какой вывод можно было сделать из этого наблюдения? Только один – Земля вращается!

Демонстрация в Пантеоне

Поздно ночью Фуко записал это гениальное открытие, а месяцем позже собрал академиков в Парижскую обсерваторию. Президент Второй Республики Луи Бонапарт (будущий Наполеон III) потребовал провести опыты Фуко в Пантеоне – архитектурно-историческом памятнике Парижа. Его очень заинтересовало данное открытие.

Исследователь продемонстрировал свой прибор общественности, а также вновь провёл эксперимент. Только шар, подвешенный под самым куполом, уже весил 28 килограмм, а стальная проволока была длиной в 67 метров. Естественно, это делалось для большей наглядности. Крепление маятника было таково, что позволяло производить колебания во всех направлениях. Под креплением было сооружено шестиметровое круговое ограждение , вокруг которого находилась песчаная дорожка. Это было сделано для того, чтобы маятник при её пересечении оставлял отметки.

Период колебаний был 16, 4 секунды. При каждом новом колебании отклонение от пересечения дорожки было приблизительно 3 мм. А за целый час плоскость колебания изменилась практически на 11 градусов! Примерно за 32 часа был совершён её полный оборот.

Немного интересных фактов о маятнике Фуко

Безусловно, данный эксперимент подтвердил, что наша Земля вращается. В ночь с 11-го на 12-е апреля 1931 года маятник был запущен в Исаакиевском соборе. Это было названо триумфом науки над религией. Однако сами представители церкви не усматривали в этом действии опровержения существования Бога. В 1986 году маятник всё же был снят, и до сих пор хранится в подвалах собора.

Действующие модели маятника Фуко есть в Красноярске, Новосибирске, Волгограде, Харькове, Казани и многих других городах. В 2011 в Киевском политехническом институте появился самый большой маятник в СНГ весом в 43 кг. А в 2013 году в Фундаментальной библиотеке МГУ запустили маятник весом в 18 кг.

Маятник Фуко помог решить замысловатую задачу П.Л. Капицы. Прибор был использован для измерения длины суток на Венере, где абсолютная облачность лишает возможности наблюдать небесные светила.

Было бы очень трудно решить вопрос, что вокруг чего движется - Земля вокруг Солнца, или Солнце вокруг Земли, если бы с Земли не было видно звёзд и планет, ну, положим, если бы небо по ночам всегда было пасмур­ным. Коперник жил в те времена, когда ещё не существо­вало точных инструментов. Поэтому ни он сам, ни его современники не могли обнаружить ничтожно малые из­менения в положении звёзд на небе, вызываемые движе­нием Земли. Но современная нам наука хорошо знает, что такие изменения действительно существуют, и считает их за основное доказательство движения Земли вокруг Солнца.

Проделайте следующий опыт, который поможет вам разобраться в этом доказательстве движения Земли.

Выйдите на открытое место и разыщите удалённое дерево, фабричную трубу или телеграфный столб.

Обернитесь к дереву лицом и вытяните перед собой правую руку с поднятым вверх указательным пальцем.

Закройте левый глаз и, смотря одним правым глазом, передвиньте правую руку так, чтобы палец закрыл собой дерево.

Не изменяя положения правой руки, закройте правый глаз и смотрите одним левым.

Что при этом произойдёт?

Оказывается, что если вначале, когда вы смотрели правым глазом, ваш палец закрывал дерево, то после того, как вы стали смотреть левым глазом, палец перестал закрывать дерево и сместился от него вправо. Почему же это случилось? Ведь и вы сами, и ваш палец, и дерево всё время не изменяли своего положения.

Ответ ясен: первый раз вы смотрели правым глазом, второй раз - левым. Следовательно, вы смотрели не из одного и того же места, а из разных мест. Поэтому вам и показалось, что палец переместился.

Таких опытов с более близкими и более далёкими предметами вы можете проделать сколько угодно как под открытым небом, так и в комнате. Во всех случаях вы убедитесь, что когда вы будете смотреть поочерёдно то правым, то левым глазом, более близкие предметы будут перемещаться относительно далёких предметов, то-есть более далёкие предметы будут как бы оставаться на месте, а более близкие - смещаться в сторону.

Посмотрим теперь, как все эти опыты смогут нам по­мочь понять то основное доказательство движения Земли, о котором мы говорили.

Звёзды находятся от Земли и от Солнца на огромных расстояниях. Эти расстояния во много раз больше рас­стояния, отделяющего Землю от Солнца. Но есть звёзды более близкие и более далёкие. И нередко на небе можно найти две такие неподалёку расположенные друг от друга звезды, из которых одна значительно дальше от нас, чем другая. Если бы Солнце двигалось вокруг Земли, а Земля неподвижно покоилась на одном месте, мы ни­когда бы не наблюдали, что более близкие звёзды сме­щаются в течение года относительно более далёких. Но так как в действительности движется Земля вокруг Солнца, мы в различные времена года смотрим на звёзды не из одного и того же места, а из различных мест. Поэтому нам кажется, что более близкие к нам звёзды переме­щаются относительно более далёких звёзд. Эти перемещения совершаются с очень большой правильностью и каждое из них заканчивается и вновь начинает повто­ряться через один год, то-есть тогда, когда Земля, обойдя Солнце кругом, возвращается на прежнее место.

Сравним теперь это перемещение звёзд с перемеще­нием пальца относительно дерева.

Почему палец перемещался? По двум причинам. Во-первых, потому, что вы меняли глаз: смотрели то правым, то левым глазом, то-есть смотрели из разных мест. Во-вторых, потому, что палец был ближе к вам, чем дерево.

Почему при движении Земли вокруг Солнца звёзды смещаются друг относительно друга? Тоже по двум при­чинам. Во-первых, потому, что мы находимся на движу­щейся вокруг Солнца Земле и в разные дни года смотрим на звёзды из разных мест. Во-вторых, потому, что есть более близкие и более далёкие звёзды.

Посмотрите на рис. 7. Большой круг на этом рисунке изображает путь, который Земля проходит вокруг Солнца в течение года. Маленький кружок в центре этого круга изображает Солнце. В правой части рисунка видны две звезды: более близкая и более далёкая. Если Земля находится в месте, обозначенном на рисунке буквой А , мы, глядя с Земли на звёзды, должны увидеть более близкую звезду левее более далёкой звезды. Но когда Земля пе­реместится в место, обозначенное буквой Б , более близкая звезда будет видна нам правее более далекой звёзды. Таким образом, из-за движения Земли вокруг Солнца нам будет казаться, что более близкая звезда изменяет своё положение относительно более далёкой звезды.

Наблюдаются ли такие смещения звёзд на самом деле? Мы уже говорили, что наблюдаются. Только обнаружить эти смещения оказалось делом очень трудным, так как они из-за большой удалённости звёзд очень малы. Первый раз такое смещение удалось открыть и измерить всего лишь 100 с небольшим лет тому назад, то-есть спустя, приблизи­тельно, 300 лет после смерти Коперника. Но за последнее время такие смещения были обнаружены и измерены уже у нескольких тысяч звёзд.

Существуют и другие убедительные доказательства того, что Земля действительно движется вокруг Солнца.

Ярким доказательством вращения Земли вокруг своей оси явился опыт с маятником французского физика Фуко (длинный, гибкий подвес с тяжёлым грузом на конце), произведенный в 1851 году в Парижском Пантеоне.

Этот опыт основан на том, что, как известно из физики, маятник, выведенный из положения равновесия, будет совершать колебания всё время в одном и том же направлении до полной остановки. Иначе говоря, маятник обладает способностью сохранять плоскость своих колебаний неизменной.

Прибор простой конструкции

Это свойство маятника наглядно доказывается при помощи прибора простой конструкции , который доступно сделать каждому. Для этого нужно взять гибкий прутик, согнуть его в дугу и прикрепить концами к какому-либо кружку диаметром, например, около 50 сантиметров. К верхней части дуги прикрепить нить с камешком и сообщить этому своеобразному маятнику колебание в некоторой плоскости. Легко поворачивая кружок, мы заметим, что маятник продолжает сохранять неизменным направление плоскости своего колебания.

Наблюдение опыта Фуко

При наблюдении опыта Фуко зрители легко могут убедиться в том, что Земля действительно вращается вокруг оси ; с течением времени плоскость Земли, расположенная под маятником, поворачивается на некоторый угол от плоскости качания маятника, которая сохраняет и пространстве постоянное направление.

Угол поворота Земли

Угол поворота Земли относительно направления плоскости колебания маятника различен в зависимости от широты места, где этот опыт производится.

На полюсе угол этого отклонения будет за каждый час составлять 15 градусов, на экваторе нуль, а в широтах нашей страны от 9 до 14 градусов.

Чем длиннее маятник, тем более заметным становится отклонение плоскости Земли от плоскости его колебания. Длина маятника Фуко 60 метров . Маятник, подвешенный под куполом Исаакиевского собора в Ленинграде , имеет в длину 98 метров. Он непрерывно качается и каждым своим новым взмахом подтверждает вращение Земли.

Следствия вращения Земли

Доказано также, что вследствие вращения Земли :

• Летящий снаряд отклоняется вправо в северном полушарии и влево в южном.
• Если реки текут не строго в направлении земных параллелей, то у рек нашего, северного, полушария подмываются вследствие суточного вращения Земли правые берега, а у рек южного полушария – левые.
• Предметы, падающие с большой высоты , всегда «отклоняются» и притом непременно к востоку.

Это также доказывает, что Земля вращается вокруг своей оси в направлении с запада на восток . Тела, падающие с высоты, отклоняются несколько к востоку потому, что линейная скорость на вершине башни, например, всегда больше, чем у поверхности Земли, а падая, эти тела сохраняют скорость, полученную ими в начальной точке падения.

Особенность вращения Земли

Теперь мы твёрдо убеждены, что наша Земля вращается подобно детской игрушке – волчку. Только, конечно, нам известно, что Земля, в сущности, очень большое мировое (небесное) тело и не имеет материальной оси, подобно той, которая есть у волчка.

Следует обратить внимание ещё на одну особенность вращения Земли . Как бы сильно мы волчок ни запускали, он рано или поздно перестанет вращаться и упадёт. Это происходит оттого, что движение волчка всё время тормозится , действующей на нижний конец его оси о поверхность, на которой он вращается, и .

Земля, как нам уже известно, не соприкасается ни с каким другим мировым телом. Она как будто бы свободно вращается в мировом пространстве, свободна от тормозящего действия трения и сопротивления воздуха. Она как бы «висит» в мировом пространстве.

Поэтому Земля вращается всегда почти с одинаковой скоростью и всё в одном и том же направлении, с запада на восток. Иначе говоря, если смотреть на Северный полюс земного шара откуда-нибудь из мирового пространства, Земля вращается в направлении, противоположном движению часовой стрелки .

Полный оборот вокруг своей воображаемой оси Земля совершает в 24 часа (точнее, в 23 часа 56 минут и 4 секунды). Этот промежуток времени мы и называем сутками (звёздными), которые приняты всеми народами за основную единицу измерения времени.

Видимое движение небесного свода. Известно, что небесные светила находятся на самых различных расстояниях от земного шара. В то же время нам кажется, что расстояния до светил одинаковы и все они связаны с одной сферической поверхностью, которую мы называем небесным сводом, а астрономы называют видимой небесной сферой. Кажется нам так потому, что расстояния до небесных светил очень велики, и наш глаз не в состоянии заметить разницу этих расстояний. Каждый наблюдатель легко может заметить, что видимая небесная сфера со всеми расположенными на ней светилами медленно вращается. Это явление было хорошо известно людям с глубокой древности, и кажущееся движение Солнца, планет и звезд вокруг Земли они принимали за действительное. В настоящее время мы знаем, что движутся не Солнце и не звезды вокруг Земли, а вращается земной шар.

Точные наблюдения показали, что полный оборот Земли вокруг своей оси совершается в 23 часа 56 мин. и 4 сек. Время полного оборота Земли вокруг оси мы принимаем за сутки и для простоты в сутках считаем 24 часа.

Доказательства вращения Земли вокруг своей оси. В настоящее время мы располагаем целым рядом весьма убедительных доказательств вращения Земли. Остановимся прежде всего на доказательствах, вытекающих из физики.

Опыт Фуко. В Ленинграде, в бывшем Исаакиевском соборе, подвешен маятник, имеющий 98 м длины, с грузом в 50 кг. Под маятником расположен большой круг, разделенный на градусы. При спокойном положении маятника груз его находится как раз в центре круга. Если отвести груз маятника к нулевому градусу круга, а потом пустить его, то маятник будет качаться в плоскости меридиана, т. е. с севера на юг. Однако уже через 15 минут плоскость качания маятника отклонится примерно на 4°, через час на 15° и т. д. Из физики известно, что плоскость качания маятника отклониться не может. Следовательно, изменилось положение градуированного круга, что могло произойти только в результате суточного движения Земли.

Чтобы яснее представить себе суть дела, обратимся к чертежу (рис. 13, а), на котором изображено северное полушарие в полярной проекции

Меридианы, отходящие от полюса, намечены пунктиром. Маленькие кружки на меридианах - это условное изображение градуированного круга под маятником Исаакиевского собора. При первом положении (АВ) плоскость качаания маятника (обозначенная сплошной линией в кружочке) полностью совпадает с плоскостью данного меридиана. Через некоторое время меридиан АВ благодаря вращению Земли с запада на восток окажется в положении А 1 В 1 . Плоскость же качания маятника остается прежней, в силу чего и получается угол между плоскостью качания маятника и плоскостью меридиана. При дальнейшем вращении Земли меридиан АВ окажется в положении А 2 В 2 и т. д. Ясно, что плоскость качания маятника еще больше отклонится от плоскости меридиана АВ. При неподвижности Земли подобного расхождения получиться бы не могло, и маятник от начала до конца качался бы в направлении меридиана.

Подобный опыт (в меньших размерах) впервые был произведен в Париже в 1851 г. физиком Фуко, отчего и получил свое название.

Опыт с отклонением падающих тел к востоку. Согласно законам физики груз должен падать с высоты по отвесной линии. Однако при всех производимых опытах падающее тело неизменно отклонялось к востоку. Отклонение происходит потому, что при вращении Земли скорость движения тела с запада на восток на высоте больше, чем на уровне земной поверхности. Последнее легко можно понять по приложенному чертежу (рис. 13, б). Точка, находящаяся на земной поверхности, движется вместе с Землей с запада на восток и за определенный период времени проходит путь ВВ 1 . Точка же, находящаяся на некоторой высоте, за этот же период времени проделывает путь АА 1 . Тело, брошенное из точки А, движется на высоте быстрее, чем точка В, и за то время, пока тело падает, точка А переместится в точку А 1 а тело, имеющее большую скорость, упадет восточнее точки В 1 . Согласно проведенным опытам тело при падении с высоты 85 м отклонялось от отвесной линии к востоку на 1,04 мм, а при падении с высоты 158,5 м - на 2,75 см.

На вращение Земли указывают также сплюснутость земного шара у полюсов, отклонение ветров и течений в северном полушарии вправо, а вюжном - влево, о чем подробнее будет сказано дальше.

Вращение Земли делает нам понятным, почему полярная сплюснутость Земли не вызывает перемещения водных масс океанов от экватора к полюсам, т. е. в положение, наиболее близкое к центру Земли (центробежная сила удерживает эти воды от перемещения к полюсам), и т. д.

Географическое значение суточного враще ния Земли. Первым следствием вращения Земли вокруг своей оси является смена дня и ночи. Эта смена довольно быстрая, что очень важно для развития жизни на Земле. Вследствие краткости дня и ночи Земля не может ни перегреться, ни переохладиться до таких пределов, при которых жизнь была бы убита либо чрезмерным жаром, либо чрезмерным холодом.

Смена дня и ночи обусловливает ритмичность многих процессов на Земле, связанных с приходом и расходом тепла.

Вторым следствием вращения Земли вокруг своей оси является отклонение всякого движущегося тела от своего первоначального направления в северном полушарии вправо, а в южном влево, что имеет огромное значение в жизни Земли. Сложное математическое доказательство этого закона мы здесь привести не можем, но постараемся дать некоторое, правда очень упрощенное, пояснение.

Предположим, что тело получило прямолинейное движение от экватора к Северному полюсу. Если бы Земля не вращалась вокруг оси, то движущееся тело в. конце концов оказалось бы на полюсе. Однако на Земле этого не случается потому, что тело, находясь на экваторе, движется вместе с Землей с запада на восток (рис. 14, а). Двигаясь к полюсу, тело переходит в более

высокие широты, где каждая точка земной поверхности движется с запада на восток медленнее, чем на экваторе. Движущееся же к полюсу тело согласно закону инерции сохраняет ту скорость движения с запада на восток, которую оно имело на экваторе. В результате путь тела все время будет отклоняться от направления меридиана вправо. Нетрудно понять, что в южном полушарии при тех же условиях движения путь тела отклонится влево (рис. 14,6).

Полюсы, экватор, параллели и меридианы. Благодаря тому же вращению Земли вокруг оси мы имеем на Земле две замечательные точки, которые носят название полюсов. Полюсы - это единственные неподвижные точки земной поверхности. Опираясь на полюсы, мы определяем место экватора, проводим параллели и меридианы и создаем систему координат, которые позволяют нам определить положение любой точки на поверхности земного шара. Последнее в свою очередь дает нам возможность наносить все географические объекты на карты.

Круг, образованный плоскостью, перпендикулярной к земной оси, и делящий земной шар на два равных полушария, носит название экватора. Окружность, образованная пересечением плоскости экватора с поверхностью земного шара, называется линией экватора. Но в разговорной речи и географической литературе линия экватора нередко для краткости называется просто экватором.

Земной шар может быть мысленно пересечен плоскостями, параллельными экватору. При этом получаются круги, которые носят название параллелей. Понятно, что размеры параллелей для одного и того же полушария неодинаковы: они уменьшаются по мере удаления от экватора. Направление параллели на земной поверхности является точным направлением с востока на запад.

Земной шар можно мысленно рассечь плоскостями, проходящими через земную ось. Эти плоскости носят название плоскостей меридианов. Круги, образованные пересечением плоскостей меридианов с поверхностью земного шара, называются меридианами. Всякий меридиан неизбежно проходит через оба полюса. Иначе говоря, меридиан всюду имеет точное направление с севера на юг. Направление меридиана в любой точке земной поверхности наиболее просто определяется направлением полуденной тени, почему меридиан называется еще полуденной линией (лат. rneridlanus , что значит полуденный).

Широта и долгота. Расстояние от экватора до каждого из полюсов составляет четверть окружности, т. е. 90°. Счет градусов ведется по линии меридиана от экватора (0°) к полюсам (90°). Расстояние от экватора до Северного полюса, выраженное в градусах, называют северной широтой, а до Южного полюса - южной широтой. Вместо слова широта для краткости нередко пишут знак φ (греческая буква «фи», северная широта со знаком +, южная со знаком -), так, например, φ = + 35°40".

При определении градусного расстояния на восток или на запад счет ведется от одного из меридианов, который условно принято считать нулевым. По международному соглашению нулевым меридианом считают меридиан Гринвичской обсерватории, расположенной в предместье Лондона. Градусное расстояние на восток (от 0 до 180°) называют восточной долготой, а на запад - западной долготой. Вместо слова долгота нередко пишут знак λ (греческая буква «ламбда», восточная долгота со знаком +, а западная со знаком-),так, например, λ= -24°30 / . Пользуясь широтой и долготой, мы имеем возможность определять положение любой точки на земной поверхности.

Определение широты на Земле. Определение широты места на Земле сводится к определению высоты полюса мира над горизонтом, что легко можно видеть из чертежа (рис. 15). Проще всего в нашем полушарии это можно сделать при помощи Полярной звезды, которая расположена всего в 1 о 02" от полюса мира.

Наблюдатель, находящийся на Северном полюсе, видит Полярную звезду как раз над головой. Иначе говоря, угол, образованный лучом Полярной звезды и плоскостью горизонта, равен 90°, т. е. как раз соответствует широте данного места. Для наблюдателя, находящегося на экваторе, угол, образованный лучом Полярной звезды и плоскостью горизонта, должен равняться 0°, что опять отвечает широте места. При движении от экватора к полюсу этот угол будет возрастать от 0 до 90° и всегда будет соответствовать широте места (рис. 16).

Значительно труднее определять широту места по другим светилам. Здесь приходится сначала определить высоту светила над горизонтом (т. е. угол, образованный лучом этого светила и плоскостью горизонта), потом вычислить верхнюю и нижнюю кульминацию светила (положение его в 12 час. дня и 0 час. ночи) и взять арифметическое среднее между ними. Для вычислений подобного рода требуются особые довольно сложные таблицы.

Простейшим прибором для определения высоты светила над горизонтом является теодолит (рис. 17). На море в условиях качки употребляется более удобный прибор секстант (рис. 18).

Секстант состоит из рамы, являющейся сектором круга в 60°, т. е. составляющим 1/6 часть окружности (откуда и название от латинского sextans - шестая часть). На одной спице (рамы) укреплена небольшая зрительная труба. На другой спице - зеркальце А, половина которого покрыта амальгамой, а другая половина прозрачна. Второе зеркальце В прикреплено к алидаде, которая служит для отсчета углов градуированного лимба. Наблюдатель смотрит в зрительную трубу (точка О) и видит сквозь прозрачную часть зеркальца А горизонт Я. Двигая алидаду, он ловит на зеркальце А изображение светила S , отразившегося от зеркальца В. Из приложенного чертежа (рис. 18) видно, что угол SOH (определяющий высоту светила над горизонтом) равен двойному углу CBN .

Определение долготы на Земле. Известно, что на каждом меридиане существует свое, так называемое местное время, причем разница в 1° долготы соответствует 4 минутам разницы во времени. (Полный оборот Земли вокруг своей оси (на 360°) совершается в 24 часа, а поворот на 1° = 24 часам: 360°, или 1440 мин.: 360° = 4 мин.) Нетрудно видеть, что разница во времени двух пунктов легко позволяет вычислять разницу долгот. Например, если в данном пункте 13 час. 2 мин., а на нулевом меридиане 12 час, то разница во времени = 1 час. 2 мин., или 62 мин., а разница в градусах 62:4 = 15°30 / . Стало быть, долгота нашего пункта 15°30 / . Таким образом, принцип вычисления долгот очень прост. Что же касается методов точного определения долготы, то они представляют значительные трудности. Первая трудность - точное определение местного времени астрономическим путем. Вторая трудность - необходимость

иметь точные хронометры, В последнее время благодаря радио вторая трудность в значительной степени облегчается, но первая остается в силе.