» «

לאון פוקו

מטוטלת פוקו
מהי מטוטלת 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.


הנה סרטון שמציג את מטוטלת פוקו בגן במדע במכון ויצמן:

http://youtu.be/6EpRP_1ZCIs


העתק של מטוטלת פוקו המקורית, המוצג בפנתיאון של פריז:

https://www.youtube.com/watch?v=59phxpjaefA


אנימציה המציגה את התנועה של מטוטלת פוקו ביחס למישור שתחתיה:

https://www.youtube.com/watch?v=wlhHWYKswik


וכך הציגו האמנים של גוגל את המטוטלת של פוקו:

http://youtu.be/HeI7K5lmLGU
כוח קוריוליס
מהו כוח קוריוליס או אפקט קוריוליס?



כוח קוריוליס הוא כוח מדומה שבא לידי ביטוי במערכות ובגופים מסתובבים. הכוח מוכר לנו במיוחד בהקשר של סיבוב כדור הארץ סביב צירו ובאופן מסוים מוכיח את הסיבוב הזה. כל גוף שינוע ישירות מהקוטב אל קו המשווה, מסלולו לא ייראה ישר אלא נטוי.

סופות הוריקן מושפעות בבירור מכוח קוריוליס. בעוד שבחצי כדור הצפוני הן מסתובבות ימינה, הכיוון שלהן בחצי כדור הדרומי הוא דווקא לצד שמאל.

מי שחזה פעם בדגם של מטוטלת פוקו, שם לב שמשהו גורם לסיבוב איטי של כיוון או מישור התנועה של המטוטלת. זהו כוח קוריוליס. הוא פועל בניצב לכיוון שבו נעה המטולטלת וגורם לסיבוב איטי של מישור התנועה שלה. הפיזיקאים הוכיחו שמהירות הסיבוב תלויה בקו הרוחב על פני כדור הארץ, שבו נמצאת המטוטלת. ראו את ההוכחה לכוח קוריוליס באאוריקה בתגית "מטוטלת פוקו".

אפקט קוריוליס ( Coriolis effect) נקרא על שם המדען שתאר את התופעה במאה ה-19, הצרפתי גספאר קוריוליס.


הנה סרטון שמציג בהדמיית אנימציה כיצד נוצר המסלול העגול של כדורי התותח, בגלל התנועה:

http://youtu.be/_PivkHXSHeE


הנה סרטון שמציג את האופן שבו האפקט משפיע על סופות ועל קווים ישרים בכלל:

http://youtu.be/i2mec3vgeaI




אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

העולם הוא צבעוני ומופלא, אאוריקה כאן בשביל שתגלו אותו...

אלפי נושאים, תמונות וסרטונים, מפתיעים, מסקרנים וממוקדים.

ניתן לנווט בין הפריטים במגע, בעכבר, בגלגלת, או במקשי המקלדת

בואו לגלות, לחקור, ולקבל השראה!

אֵאוּרִיקַה - האנציקלופדיה של הסקרנות!

שלום,
נראה שכבר הכרתם את אאוריקה. בטח כבר גיליתם כאן דברים מדהימים, אולי כבר שאלתם שאלות וקיבלתם תשובות טובות.
נשמח לראות משהו מכם בספר האורחים שלנו: איזו מילה טובה, חוות דעת, עצה חכמה לשיפור או כל מה שיש לכם לספר לנו על אאוריקה, כפי שאתם חווים אותה.