Марио Льоцци

СУТОЧНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ

Разработка ньютоновской механики завершилась созданием аналитической механики Лагранжа, господствовавшей в физике в течение всего XIX века вплоть до появления релятивистской и квантовой теорий.

В XIX веке механика обогатилась несколькими частными результатами, усовершенствовалась в дидактическом отношении, лучше осознала природу своих фундаментальных понятий в результате критики ее принципов, характерной для второй половины этого столетия.

Среди частных результатов для истории физики существенны две теоремы Гюстава Гаспара Кориолиса (1792—1843) о составляющих ускорения, сформулированные в 1831 и 1835 гг., а также опыт Фуко по экспериментальному доказательству движения Земли вокруг своей оси. В современных учебниках вопрос о центробежной силе Кориолиса и опыт Фуко с маятником излагаются совместно. Однако исторически оба эти факта независимы: открытие Кориолиса носит математический характер и фактически не повлияло на опыт Фуко, потому что Фуко, блестящий экспериментатор, но весьма посредственный математик, работ Кориолиса не знал, когда в 1851 г. представил свою историческую работу об экспериментальном доказательстве вращательного движения Земли.

Фуко исходил из экспериментального факта, что если вращать вокруг самой себя нить, на которой подвешен маятник, то плоскость колебаний маятника останется неизменной. Поэтому если бы мы поместили маятник на земном полюсе, подвесив его в точке, расположенной на оси вращения Земли, плоскость его колебаний оставалась бы фиксированной в пространстве.

«Движение Земли, непрерывно вращающейся в направлении с запада на восток, стало бы ощутимым по отношению к неподвижной плоскости колебаний, след которой на поверхности Земли казался бы участвующим в кажущемся движении небесной сферы. Если бы колебания могли продолжаться в течение двадцати четырех часов, то след этой плоскости совершил бы за это время полный оборот вокруг вертикальной проекции точки подвеса».

Если переместиться с полюса на наши широты, то явление усложняется, потому что горизонтальная плоскость в данной точке поверхности Земли наклонена по отношению к земной оси, так что вертикаль, вместо того чтобы вращаться вокруг самой себя, описывает коническую поверхность с углом раствора, все увеличивающимся по мере удаления от полюса к экватору. Фуко чувствовал, что и на средних широтах явление должно быть качественно таким же, меняясь лишь в количественном отношении, что он и сформулировал в виде закона, открытого им почти интуитивно, но впоследствии подтвержденного расчетами математиков.

Фуко начал свои опыты в подвале, а затем благодаря поддержке Араго перенес их в зал Парижской астрономической обсерватории и, наконец, в заполненный зрителями Парижский пантеон. Шар маятника весил 28 кг и подвешивался на нити длиной 67 м.

Опыт Фуко имел громадный успех. За ним последовало большое число работ математического характера, разъясняющих все детали опыта. Как бы то ни было, но Фуко хотел дать еще более убедительное доказательство суточного вращения Земли, и вот в следующем году (1852 г.) он изобрел гироскоп, технические применения которого, становящиеся все более многочисленными, почти заставили забыть о его первом научном применении.

Опыт Фуко повторил во Флоренции Винченцо Антинори (1792 — 1865), который решил, кроме того, провести исследование рукописей Галилея, чтобы установить, не было ли когда-нибудь проведено подобных опытов. Среди бумаг Академии опытов он нашел запись Винченцо Вивиани, в которой отмечено, что маятник, подвешенный на нити, «незаметно отклоняется от своего первого пути», а в другой заметке, уже опубликованной Тарджони Тодзетти, отмечается, что маятник «рисует свой путь на пыли мрамора». ............