푸코의 진자: 두 판 사이의 차이

{{다른 뜻|푸코의 진자 (소설)||움베르트 에코의 소설}}

'''푸코의 진자'''는 [[진자]]의 일종으로, 프랑스의 과학자 [[레옹 푸코]]가 [[지구의 자전]]을 증명하기 위해 고안해 낸 장치이다. 지구가 [[자전]]한다는 사실은 오래 전부터 알려진 사실이었지만, 그것을 눈으로 볼 수 있는 실험으로 증명한 첫 사례가 바로 이 푸코의 진자라 할 수 있다.

 

[[지구의 자전]]은 푸코보다 200년 앞서 통상적으로 믿어지기 시작했다. 하지만 모두 이렇다할 증거나 증명 없이, 심증과 생각, 그리고 빈약한 증거만으로 자전현상을 설명해왔다. 이러한 상황에서 푸코의 진자 실험은 역사상 최초로 지구의 자전을 실험적으로 증명했다는 것에서 그 의미가 크다.

 

푸코 진자는 진동면이 수직면이면서 자유롭게 진동하는 큰 [[진자]]로 구성된다. 실제 진동면은 지구를 기준으로 비교했을 때 회전을 한다. 사실 그 진동면은 공간에 고정이 되고 반면에 지구가 그 추의 아래에서 매 [[항성일]]마다 한 번씩 회전을 한다. 북극 혹은 남극 중 한 장소에서 추의 진동면은 그 아래에서 지구가 회전을 하는 동안 우주의 먼 질량들을 기준으로 했을 때 고정 상태가 된다. 그리고 그 진동면은 매 항성일마다 한 바퀴의 회전을 한다. 그래서 지구를 기준으로 볼 때 북극에서의 진동면은 하루 동안에 완전한 시계방향의 회전 한 바퀴를 돌게 된다. 즉. 북극에서의 축은 시계반대방향으로 돈다.

 

지구의 자전을 위도의 의존성 없이 보이기 위해서 푸코는 1852년의 실험에서 [[자이로스코프]]를 사용했다. [[자이로스코프]]의 회전자는 직접적으로 별들의 이동을 따라간다. 이 때 자이로스코프의 기하학적 비대칭의 결과로 추에 가해지는 비균형의 코리올리 힘에 적용을 받지 않는다. 그래서 이의 회전축은 어느 위도이건 무관하게 하루가 지난 다음 지구를 축으로 하는 원래의 위치로 되돌아 오게 되는 것이 관측된다.

 

[[파일:Foucault-rotz.gif|250px|thumb|right|푸코의 진자.<math> \mathbf{w}</math>각속도(푸코진자의 수평방향 각속도)로 회전하는 계에서 보았을 때 진자는 단순히 단진자 운동을 하는 것을 알 수 있다.]]

함께 회전을 하지는 않지만 지구와 나란히 움직이는 관성계에서 볼 때 추의 고정점은 매 항성일마다 경로를 따라간다. 파리와 같은 위도의 지역에서 온전한 전진 회전운동의 주기는 32시간인데 이를 다시 말하면 한 항성일이 지난 후 지구가 한 항성일 이전에 같은 방향으로 되돌아오면 진동면은 90도를 회전한다는 것을 의미한다. 만약 진동면의 시작이 북쪽-남쪽 방향이었다면 한 항성일이 지난 후에는 동쪽-서쪽 방향이 되는 것이다. 이는 운동량의 변화가 있었다는 것을 의미하는데 지구와 진자는 운동량을 교환하기는 했지만 지구는 진자보다 훨씬 더 중량이 크기 때문에 지구의 운동량 변화는 알아차릴 수 없다는 것이 문제이다. 또한 진자의 진동면이 변할 수 없다는 것을 의미하는 불변의 법칙을 바꾸는데 큰 영향을 끼쳤다.

 

이제 시간이 단위를 일로 맞추어주면 {{nowrap|Ω {{=}} 2π}} 가 되고 우리는 진자가 한 항성일 동안 −2π sin(''φ'') 크기의 각도로 회전함을 알 수 있다.

{{원문|코리올리 효과#푸코의 진자}}

질량 m인 흔들이 추의 운동의 중심을 원점으로 택하고, 이때 벡터 <math> \mathbf{r} </math>은 진자의 작은 진동에 대해 거의 수평이다. 북반구에서

<math>\mathbf{\Omega}</math>는 수직과 예각을 이룬다. 줄의 장력을 <math>\mathbf{\tau}</math> 라고 쓰고, 회전좌표계에서 발생하는 원심력과 중력을 <math> \mathbf{g_e} = \mathbf{g}- m\mathbf{\Omega} \times (\mathbf{\Omega} \times \mathbf{r})</math> 라고 생각하면 추의 운동방정식은 다음과 같이 전개 된다.

== 세계의 푸코 진자 ==

{{국기나라|대한민국}}

{{국기나라|프랑스}}

 

그 외의 다양한 나라의 푸코 진자는 아래 참조문서를 참고하십시오.{{참조|:en:List of Foucault pendulums}}

[[분류:물리학 실험]]

[[분류:1851년 과학]]