Foucaultovo kyvadlo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Animace pohybu Foucaultova kyvadla

Foucaultovo kyvadlo v pařížském Pantheónu

Foucaultovo kyvadlo v kroměřížské Květné zahradě

Foucaultovo kyvadlo, pojmenované po francouzském fyzikovi Foucaultovi, představuje důležitý experiment potvrzující otáčení planety Země kolem své osy.

Původní pokus byl proveden v roce 1851 v pařížském Pantheónu, kde bylo v kopuli zavěšeno závaží o hmotnosti 28 kilogramů na 68 metrů dlouhém laně. Doba kmitu kyvadla byla 16 sekund. Na závaží kyvadla byl hrot, kterým se do písku na podlaze zakresloval pohyb kyvadla. Pozorovatelé tak mohli vidět, jak se postupně mění rovina kyvu.

V roce 1851 bylo všeobecně známo, že Země se otáčí. Bylo také pozorováno zploštění Země na pólech. Foucaultovo kyvadlo však bylo prvním jasně viditelným důkazem a způsobilo tak velkou senzaci jak v odborných kruzích, tak u široké veřejnosti.

Na obou pólech Země se rovina kyvu nemění vzhledem k okolním hvězdám, zatímco Země se jednou za den zcela otočí. Vzhledem k Zemi se tedy rovina kyvu na severním nebo jižním pólu jednou za den zcela otočí po směru nebo proti směru hodinových ručiček. Pokud bychom Foucaultovo kyvadlo zavěsili na rovníku, rovina kyvu zůstane vzhledem k Zemi nezměněna. V ostatních zeměpisných šířkách se rovina kyvu vzhledem k Zemi sice otáčí, ale pomaleji, než na pólech.

Zeměpisná šířka je definována jako kladná a záporná (severní a jižní). Například rovina kyvu kyvadla na 30° jižní šířky při pohledu shora rotuje vzhledem k Zemi o 180° denně po směru hodinových ručiček. Za účelem demostrace zemské rotace bez komplikací, které přináší závislost na zeměpisné šířce, uvedl Foucault v roce 1852 gyroskop. Jeho rotor sleduje přímo hvězdy. Osa rotace se tak vrací do stejné polohy vzhledem k Zemi, a to bez ohledu na zeměpisnou šířku (není tedy ovlivněna sinusovým faktorem).

Foucaultovo kyvadlo je konstrukčně velmi náročné, protože i malá nepřesnost může způsobit další odchylky roviny kyvu, které pak převládnou nad vlivem zemské rotace. Kritické je také samotné spuštění kyvadla. To se provádí přepálením lanka, které drží kyvadlo ve výchozí poloze, čímž se zabrání nechtěným pohybům kyvadla do stran. Odpor vzduchu kyvadlo brzdí, proto jsou kyvadla v muzejích často elektromagneticky nebo jinak poháněna, případně opakovaně spouštěna.

Celý experiment byl uspořádán právě proto, aby dokázal existenci tohoto jevu, který Foucault teoreticky odvodil na základě předpokladů o vlivu Coriolisovy síly. Tato síla způsobuje vychylování kyvadla proti směru hodinových ručiček. Tento jev je důsledkem toho, že zvolená soustava (tedy otáčející se Země) není soustavou inerciální. Ve skutečnosti se totiž neotáčí kyvadlo, neboť kyvadlo si pouze zachovává rovinu kyvu, zatímco pod ním se otáčí planeta Země.