מהי המטוטלת של פוקו?
מטוטלת פוקו היא מכשיר בצורת מטוטלת ארוכה שתלויה מלמעלה למטה. בעזרתה הראה המדען הצרפתי לאון פוקו שכדור הארץ מסתובב סביב צירו. בתקופתו של פוקו אומנם כבר היה ידוע למדע שכדור הארץ מסתובב סביב צירו, אך החשיבות של המטוטלת שיצר פוקו הייתה האופן בן היא הדגימה והוכיחה את סיבוב כדור הארץ בניסוי מדעי אמפירי פשוט וברור להבנה. ניסוי שבהמשך שוחזר והוצג באוניברסיטאות ומוזיאונים רבים ברחבי העולם כולו.
המטוטלת, כדרכן של מטוטלות, נעה מצד לצד. אך מסתבר שהיא נעה עם סטייה מסוימת. מסתבר שהמטוטלת מנסה לשמור על כיוון קבוע במרחב, אך הארץ מסתובבת מתחתיו ונוצרת הסטייה הזו.
פוקו הדגים באמצעות המטוטלת, כיצד כדור הארץ מסתובב סביב צירו, בניסוי פומבי שהוצג בפנתיאון של פריז בשנת 1851. לצורך בניית המטוטלת הוא חיבר כבל באורך 67 מטר לכיפת הפנתיאון וחיבר לקצה שלו משקולת במשקל 28 ק"ג. מכיוון שכדור הארץ נע סביב צירו, המישור מתחת למטוטלת נע גם הוא.
מכיוון שסיבוב כדור הארץ הוא שגורם למטוטלת לשנות את כיוון התנודות שלה (מה שקרוי מישור התנודה שלה) כל הזמן. שינוי הכיוון הזה תלוי במקום שבו הוצבה המטוטלת על פני כדור הארץ. בכל קו רוחב שבו המטוטלת תמוקם, תהיה הסטייה שונה. ויש מקום אחד שבו לא תהייה סטייה כלל - אם נניח את המטוטלת על קו המשווה, זהו המקום היחיד שבו לא יתרחש שינוי במישור התנודה של המטוטלת.
בניסוי של פוקו שנערך בפריז, המישור מתחת למטוטלת נע במהירות זוויתית של 11 מעלות בשעה וסיים סיבוב מלא של 360 מעלות כך שהמטוטלת שבה לנקודת המוצא שלה לאחר כ-32 שעות.
פוקו מצא כי משך הזמן שיקח למישור התנודה של המטוטלת לבצע סיבוב מלא כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, הוא פונקציה של מהירות סיבוב כדור הארץ ושל סינוס קו הרוחב הגיאוגרפי של המקום בו מתבצע הניסוי. פוקו הראה כי מתקיימת המשוואה: (T = 24 / sin (φ, כאשר φ הוא קו הרוחב של המיקום בו נעשה הניסוי, T הוא משך הזמן שיקח למישור תחת המטוטלת לבצע סיבוב שלם כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, 24 הוא מספר השעות שלוקח לכדור הארץ להשלים סיבוב סביב עצמו ו-sin היא פונקציית הסינוס הטריגונומטרית. כך שבעוד שבפריז שנמצאת בקו רוחב 48° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 32 שעות, בתל אביב שנמצאת בקו רוחב 32° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר כ-45 שעות. ואילו בקוטב הצפוני שנמצא בקו רוחב 90° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 24 שעות.
מטוטלת פוקו היא מכשיר בצורת מטוטלת ארוכה שתלויה מלמעלה למטה. בעזרתה הראה המדען הצרפתי לאון פוקו שכדור הארץ מסתובב סביב צירו. בתקופתו של פוקו אומנם כבר היה ידוע למדע שכדור הארץ מסתובב סביב צירו, אך החשיבות של המטוטלת שיצר פוקו הייתה האופן בן היא הדגימה והוכיחה את סיבוב כדור הארץ בניסוי מדעי אמפירי פשוט וברור להבנה. ניסוי שבהמשך שוחזר והוצג באוניברסיטאות ומוזיאונים רבים ברחבי העולם כולו.
המטוטלת, כדרכן של מטוטלות, נעה מצד לצד. אך מסתבר שהיא נעה עם סטייה מסוימת. מסתבר שהמטוטלת מנסה לשמור על כיוון קבוע במרחב, אך הארץ מסתובבת מתחתיו ונוצרת הסטייה הזו.
פוקו הדגים באמצעות המטוטלת, כיצד כדור הארץ מסתובב סביב צירו, בניסוי פומבי שהוצג בפנתיאון של פריז בשנת 1851. לצורך בניית המטוטלת הוא חיבר כבל באורך 67 מטר לכיפת הפנתיאון וחיבר לקצה שלו משקולת במשקל 28 ק"ג. מכיוון שכדור הארץ נע סביב צירו, המישור מתחת למטוטלת נע גם הוא.
מכיוון שסיבוב כדור הארץ הוא שגורם למטוטלת לשנות את כיוון התנודות שלה (מה שקרוי מישור התנודה שלה) כל הזמן. שינוי הכיוון הזה תלוי במקום שבו הוצבה המטוטלת על פני כדור הארץ. בכל קו רוחב שבו המטוטלת תמוקם, תהיה הסטייה שונה. ויש מקום אחד שבו לא תהייה סטייה כלל - אם נניח את המטוטלת על קו המשווה, זהו המקום היחיד שבו לא יתרחש שינוי במישור התנודה של המטוטלת.
בניסוי של פוקו שנערך בפריז, המישור מתחת למטוטלת נע במהירות זוויתית של 11 מעלות בשעה וסיים סיבוב מלא של 360 מעלות כך שהמטוטלת שבה לנקודת המוצא שלה לאחר כ-32 שעות.
פוקו מצא כי משך הזמן שיקח למישור התנודה של המטוטלת לבצע סיבוב מלא כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, הוא פונקציה של מהירות סיבוב כדור הארץ ושל סינוס קו הרוחב הגיאוגרפי של המקום בו מתבצע הניסוי. פוקו הראה כי מתקיימת המשוואה: (T = 24 / sin (φ, כאשר φ הוא קו הרוחב של המיקום בו נעשה הניסוי, T הוא משך הזמן שיקח למישור תחת המטוטלת לבצע סיבוב שלם כך שהמטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה, 24 הוא מספר השעות שלוקח לכדור הארץ להשלים סיבוב סביב עצמו ו-sin היא פונקציית הסינוס הטריגונומטרית. כך שבעוד שבפריז שנמצאת בקו רוחב 48° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 32 שעות, בתל אביב שנמצאת בקו רוחב 32° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר כ-45 שעות. ואילו בקוטב הצפוני שנמצא בקו רוחב 90° המטוטלת תחזור לנקודת המוצא שלה לאחר 24 שעות.
