náhľad|Animácia pohybu Foucaultovho kyvadla. Foucaultovo kyvadlo je realizácia matematického kyvadla, keďže rozmery gule sú veľmi malé v porovnaní s dĺžkou kyvadla a hmotnosť gule veľmi veľká v porovnaní s hmotnosťou vlákna a iných komponentov kyvadla. Kyvadlo názorne demonštruje rotáciu Zeme a jej guľatosť. Rotácia Zeme sa na pohybe kyvadla prejavuje stáčaním roviny jeho kmitov. Z porovnania doby jedného otočenia Zeme (24 hodín) s dobou otočenia roviny kmitov kyvadla dokonca môžeme určiť zemepisnú šírku miesta na zemeguli. Pomenované je podľa francúzskeho fyzika Léona Foucaulta. Tento experiment Foucault predviedol verejnosti v r. 1851.
To, že Zem sa otáča okolo svojej osi smerom od západu k východu, možno samozrejme dobre vidieť aj v noci podľa pohybu hviezd na oblohe, keď hviezdy vychádzajú na východe a zapadajú na západe. Keďže Polárka sa na oblohe prakticky nepohybuje, vieme, že os rotácie Zeme smeruje k nej. To, že Zem je guľatá, môžeme uvidieť na zmene výšky Polárky nad obzorom, ak odcestujeme ďaleko v smere poludníka. Istú pochybnosť do takejto interpretácie pohybu hviezd na oblohe však môže vniesť Ptolemaiova predstava nehybnej Zeme a otáčajúcej sa sféry hviezd. Výhodou Foucaultovho kyvadla je, že dokazuje rotáciu Zeme, pričom rotáciu je možné pozorovať neustále (aj cez deň) bez potreby sledovať dianie na oblohe.
Vidieť rotáciu Zeme „na vlastné oči“ je zaujímavým zážitkom a Foucaultovo kyvadlo je dodnes obľúbeným exponátom vo vedeckých múzeách a na univerzitách. Na Slovensku sa jediné verejnosti prístupné kyvadlo nachádza v pavilóne fyziky Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského (FMFI UK) v Bratislave.
O výrobe a inštalácii Foucaultovho kyvadla na FMFI UK vzniklo aj krátke dokumentárne video.
V minulosti bolo verejnosti prístupné Foucaultovo kyvadlo inštalované aj v Košiciach a jeho autorom bol akademik Hajko. O parametroch tohto kyvadla však neexistujú oficiálne údaje ani záznamy. Jeden model kyvadla od neznámeho autora, pochádzajúci z rokov 1950 – 1952, sa nachádza aj Slovenskom technickom múzeu v Košiciach a je zaradený do kultúrneho dedičstva Slovenska.
História náhľad|Foucaultovo kyvadlo FMFI UK Bratislava Na myšlienku využiť kyvadlo na demonštráciu rotácie Zeme prišiel francúzsky fyzik Léon Foucault. Najprv v januári 1851 si vo svojej pracovni zhotovil kyvadlo s dĺžkou 2 m a hmotnosťou gule 5 kg, neskôr v parížskom observatóriu umiestnil kyvadlo s dĺžkou 11 m. Foucault rýchlo zistil, že presnosť a kvalita merania sa zvyšujú s dĺžkou a hmotnosťou kyvadla. Veľkú pozornosť verejnosti tak získalo kyvadlo, ktoré v marci toho istého roku umiestnil v parížskom Pantheóne. Malo dĺžku až 67 m a hmotnosť gule bola 28 kg. Počas jedného kmitu (asi 16 s) sa rovina kmitov posunula o viditeľných 2,3 mm. S trochou nadsádzky možno povedať, že Foucaultov experiment definitívne ukončil tisícročia trvajúce vedecko-filozofické diskusie o pohybe Zeme, pričom tento experiment bolo možné predviesť aj širokej verejnosti.
Treba povedať, že Foucault nebol prvý, kto pozoroval stáčanie roviny kmitov kyvadla. Podľa poznámky Vincenza Vivianiho (žiak Galilea) pozoroval stáčanie roviny kmitov už v roku 1661, nedal si to však do súvisu s rotáciou Zeme a pokúšal sa tento jav eliminovať. Viviani neuvádza ani rýchlosť rotácie roviny kmitov ani jej smer, takže nie je možné posúdiť, či efekt bol spôsobený rotáciou Zeme alebo mechanickou nedokonalosťou. Foucault tiež nevedel vysvetliť, prečo je celková doba otočenia roviny kmitov dlhšia než 24 hodín. Jej súvis so zemepisnou šírkou ukázal Joseph Liouville, profesor matematiky na College of France.
Princíp Otáčanie roviny kmitov kyvadla možno vysvetliť z dvoch pohľadov. Prvou možnosťou je pohľad pozorovateľa, ktorý sleduje kyvadlo na otáčajúcej sa Zemi z vesmíru a smer jeho pohľadu sa vzhľadom k hviezdam nemení (pohľad z inerciálnej sústavy). Druhou možnosťou je pozorovateľ stojaci na Zemi pri kyvadle a otáčajúci sa spolu so Zemou (pohľad na kyvadlo z neinerciálnej sústavy).
Prvá možnosť (pohľad z inerciálnej sústavy) je veľmi výhodná, ak je kyvadlo umiestnené na jednom z geografických pólov, napríklad na severnom póle. Bod zavesenia kyvadla je vtedy presne na osi rotácie Zeme, pričom uchytenie kyvadla musí byť také, aby umožnilo kyvadlu voľne kmitať v akomkoľvek smere (teda nie tak, ako sú upevnené kyvadlá v hodinách). V takomto prípade rotácia Zeme (a dokonca ani náhla zmena rýchlosti rotácie) nedokáže ovplyvniť kmity kyvadla. Jedinou silou, ktorá na kyvadlo pôsobí, je gravitácia, ktorá vracia kyvadlo do rovnovážneho stavu, a teda nedokáže zmeniť rovinu kmitov. Kyvadlo bude preto zotrvačnosťou kmitať stále v tej istej rovine nezávisle od rotácie Zeme. Nech v istom okamihu kyvadlo kmitá smerom ku Grónsku (žltá šípka). Po istej dobe za Zem pootočí smerom na východ (červená šípka) a v pôvodnom (nezmenenom) smere kmitov kyvadla sa teraz bude nachádzať napríklad Aljaška. Vzhľadom k povrchu Arktídy sa kyvadlo kýve iným smerom (zelená šípka), ktorý je oproti pôvodnému smeru pootočený v smere hodinových ručičiek. Je zrejmé, že rýchlosť otáčania roviny kmitov je taká istá, ako je rýchlosť rotácie Zeme. Rovina kmitov kyvadla sa teda vzhľadom k povrchu Zeme kompletne otočí za 24 hodín, a to v smere hodinových ručičiek.
Situácia na južnom póle je analogická. Je však zrejmé, že vzhľadom k povrchu Antarktídy sa rovina kmitov stáča proti smeru hodinových ručičiek.
Referencie
Iné projekty
Kategória:Kyvadlá Kategória:Eponymické termíny vo fyzike