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  • 1 # 海門老馮

    傅科擺是法國物理學家傅科(1819—1868)於1851年做了一次成功的擺動實驗。由於地球的自轉,傅科擺擺動方向的變化,是由於觀察者所在的地球沿著逆時針方向轉動的結果,觀察者看到相對運動現象,以證明地球在自轉的一個直觀表現裝置。

    傅科擺透過架子上方延伸下的吊繩與下方掛球相連。當地球自轉給掛球帶來牽引力的同時,掛球受到地球引力中心的引力作用而發生來回擺動。

    掛球的擺動實際上是受到兩種來自不同方向力的相互作用。一個是地球自轉帶來的離心牽引力;另一個是傅科擺與地球重心點之間的異性電荷疊加引力作用。前者使掛球平面移動而產生直線運動離心力(相對支架處而言),從而開始偏離重心點。而後者的引力卻又將它拉回到重心點方向,並試圖將掛球停止於與地球重心點正方向上。於是就產生了來來回回的慣性力擺動。

    在地球赤道上,因為擺球的順時針“離心力”所受到的引力重心始終都一樣是垂直的,因而擺球受到的引力方向穩定一致。擺球基本處於靜止狀態。也就是說,擺球直線運動趨勢力與地球重心處於垂直位置,沒有發生左右引力偏離重心點。故所以擺球基本不發生擺動。

    擺球裝置越是處於地球高緯度區域,擺球就越是會受到地球重心點的斜向牽引力作用。因為擺球的離心力總是使得擺球相對於支架趨向於直線運動,而引力源(重心點)與擺球之間存在夾角,引力偏要讓擺球不斷地做切線運動(產生角動量)。當擺球甩開到離支架一定高度或極限時,因擺球自身重量脫離了吊繩作用而開始出現回擺。在帶有慣性力的擺球回擺到超過(慣性)引力重心位置時,又在重心引力的反作用下使得擺球折返運動。由此,擺動不停地來回擺動。

    卡文迪許扭秤,它由米歇爾神父製作,用於測量萬有引力常數。1797年夏,英國物理學 家卡文迪許著手改進米歇爾的扭秤並開始實驗。1798年,卡文迪許利用扭秤,成功地測出了引力常量的數值,證明了萬有引力定律的正確。

    卡文迪許用兩個質量一樣的鉛球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性好的鋼絲系在支架上。再在扭秤兩端的鉛球附近分別放上一個相對大一點的質量鉛球,試圖對扭秤兩端的小鉛球產生同方向引力作用。鋼絲上有個固定好方向的小鏡子,用來把照射的光反射到比較遠的牆面上。只要扭秤稍微發生轉動,遠光點就會移動出較大的距離,以從中讀取扭動資料,再根據鉛球質量和鉛球之間的間隔距離來計算出萬有引力常數。

    這裡順便說一下鉛球之間的引力來源。鉛球雖然沒有磁場磁力線,不能直接產生兩個鉛球之間的磁力線異性相吸力。但它上面應該同樣佈滿著與其質量數相對應的自由靜電子,這些鉛球表面以外的靜電子以漿糊狀存在於一定的外部空間。兩個鉛球之間在接近到它們的靜電子相接觸處構成異性相吸力。從而帶動扭秤偏轉。因為物體之間沒有介質是不能進行力的傳導作用的。

    總之,“傅科擺”的原理是,地球由西向東自轉,擺球產生順時針、即反方向離心力(擺球支架處的離心力,並非是與地球引力中心點之間的離心力),使得擺球被牽引而產生直線拖拽運動力(逃逸力)。在這同時,地球引力對處於高緯度的擺球產生相對擺球直線運動的斜向引力。再加上擺球離開地面向上移動而逐漸接近到實驗裝置一定高度時,擺球失去一部分吊繩作用後,依靠自身向心力而發生趨向地球引力重心點的擺動。當擺球因引力導致的慣性運動超過地球重心時,重心點的引力給擺球施加反方向作用,促使擺球回擺。從此,擺球斜向離心力與地球引力重心點之間產生慣性運動力,並不停地發生來回擺動。

    傅科擺的秘密是擺球離開支架時的直線逃逸力與地球重心對它的斜向吸引力之相互間構成反作用力的“較量”結果。而卡文迪許扭秤力,是鉛球之間的萬有引力透過扭秤旋轉,得到扭矩放大處理後所展示出來的力。這就是它們的不同秘密。

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