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振り子で地球の自転を証明!?「フーコーの振り子」をわかりやすく解説!

2021.01.27 Wednesday

2020.01.01 Wednesday

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パリ・パンテオンのフーコーの振り子 / Credit: depositohotos
point
  • 地球の自転はフーコーの振り子で証明できる
  • フーコーの振り子の原理はコリオリの力
  • フーコーの振り子はwebサイト上でシミュレーションできる

科学博物館に行くと、必ずと言っていいほど大きな振り子が展示されていますよね。
この振り子は、フーコーの振り子といいます。

フランスの物理学者であるレオン・フーコーが1851年、パリのパンテオン寺院で、巨大な振り子を用いて地球の自転を証明したことから名づけられました。

フーコーの振り子の原理は?

では、なぜ巨大な振り子が地球の自転を証明できるのでしょうか。実は、この巨大な振り子はまっすぐ直線的に振れることはなく、微妙に軌道がずれながら振れます。

これこそが自転を証明するカギになるのです。

キーワードは、『コリオリの力』。

まずは、イメージをつかみやすいように簡単な例を紹介します。

走っている人が電柱を見ると、電柱は後ろに遠ざかっていきますよね。ところが、第3者の視点で走っている人と電柱を見ると、電柱は静止しています。

実際には静止している電柱が、何の力も受けていないのに動いて見える、という矛盾が生じるのです。

そこで、この矛盾を解消する為に『慣性力』という見かけの力を導入します。「走っている人から見て、進行方向とは逆に慣性力がかかっているので、電柱は遠ざかる。」という説明ができるようになりました。

回転座標系にも同じような現象が起こるのです。

2枚目の画像

時刻0に、角速度ωで回転する円盤の中心Oから、小球を地点Aに速度vで打ち出すとします。円盤の外部から見ると、まっすぐに打ち出された球は時刻ωtには地点Aにあります。

しかし、観測者の目線の先を地点Bとすると、「目の前に打ち出したはずの球が、目線の先の地点Bではなく、地点Aに遠ざかった」ように見えるのです。

このとき小球にはたらいているように見える力のことを、『コリオリの力』といいます。

これを数式で表すと、

F(コリオリの力)=2mvω

となります。

振り子の軌道が回転しているように見えるという現象もこのようにして説明できるので、地球自体が回転していることを証明できるのです。

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