دخول المستخدم
آخر الأخبار
بندول فوكو-باريس
هذا البندول صممه الفيزيائى الفرنسى جين ـ برنارد ـ ليون ـ فوكو فى عام 1850 ليثبت به حركة الأرض اليومية حول محورها القطبى ، والتى ينشأ عنها تعاقب الليل والنهار ، بعد أن كان معتقدا أن تعاقبهما نتيجة لحركة السماء حول الأرض ، التى اعتبرت ثابتة آنذاك . فلقد قام فوكو بتعليق ثقل وزنه 28 كيلو جرام فى سلك طوله 67 مترا من قبه كنيسة بانتيون (Pantheon) فى باريس التى تعرف أيضاً بسانت جينيفيف Saint Genevive .
وثبت فى الثقل قلما يتدلى رأسا ليرسم مسار البندول على طبقة من الرمل تحت الثقل . وعندما أطلق البندول فى التحرك تبين أن المستوى الذى يتذبذب فيه البندول غير ثابت بل يدور بالنسبة للمبنى فى اتجاه دوران عقارب الساعة ، الأمر الذى يشير إلى دوران الأرض تحت البندول .
وفى حقيقة الأمر يختلف الزمن اللازم لكى يعمل المستوى الذى يتذبذب فيه البندول دورة كاملة حسب خط العرض ، فعند القطبين يساوى 24 ساعة تزداد تدريجيا فى اتجاه خط الاستواء لتصبح مالا نهاية عند خط الاستواء .
هذا مع الأخذ فى الاعتبار أن اتجاه الدوران يكون فى اتجاه دوران عقارب الساعة فى النصف الشمالى للكرة الأرضية بينما تنعكس الآية فى نصف الكرة الجنوبى حيث يكون اتجاه الدوران عكس حركة عقارب الساعة .
والنماذج الحديثة لبندول فوكو مزودة بنظام كهروضوئى . للتأكد من حركة الكرة فى مركز الذبذبة ، المستمر وبنفس سعة الذبذبة . كما أنه موضوع فى صندوق كبير من الزجاج يحفظه من تأثير التيارات الهوائية . ويبلغ وزن الكرة لهذا البندول 100 كيلو جرام ، وطول سلك التعليق حوالى سبعة أمتار . ويمكن للمشاهد أو الزائر متابعة دوران الأرض من خلال تنقل مؤشر البندول المثبت أسفل الكرة الحديدية واصطدامه بعدد من الأسطوانات المعدنية موضوعة رأسيا على محيط الدائرة التى يرسمها مستوى ذبذبة البندول خلال اليوم حيث تتساقط هذه الاسطوانات تباعاً عند اصطدام الكرة بها على التوالى نتيجة لدوران الأرض حول محورها القطبى دورة كاملة كل 24 ساعة .
قصة اكتشاف البندول:
كان المعتقد فى العصور الوسطى أن الأرض ثابتة فى مكانها لا تتحرك وأن تعاقب الليل والنهار هو نتيجة لحركة السماء حول الأرض . ولكننا نعرف الآن أن تعاقب الليل والنهار والحركة الظاهرية للنجوم فى السماء هى نتيجة لدوران الأرض حول محورها فهى تكمل دورة كاملة فى 23 ساعة و56 دقيقة و 4.09 ثانية ( اليوم ) . وتدور الأرض حول الشمس ، حيث تكمل دورة فى 365 يوم و6 ساعة و9 دقيقة و10 ثانية ( السنة النجمية ) . أما الشمس ، فهى تدور حول مركز المجرة ( الطريق البنى Milky way ) فى 250 مليون سنة وهذه الحركات الدورانية تعتبر حركات محلية .
ومن أهم التجارب التى أثبتت دوران الأرض حول محورها تجربة البندول التى أجراها الفيزيائى الفرنسى جين ـ برنارد ـ ليون فوكو Jean – Bernard – Leon – Foucault
عام 1850 وكان قد سبقها بعض التجارب له . وسمى البندول باسمه . وفى هذه التجربة قام فوكو بتعليق ثقل زنته 28 كيلو جرام عبارة عن دانة مدفع فى سلك طوله 67 متر من قبة كنيسة بانتيون Pantheon فى باريس ويتدلى من هذا الثقل قلم . ويغطى الأرض تحت الثقل طبقة من الرمل بحيث يرسم القلم فى الرمل مسار البندول . ومن أهم المشاكل التى واجهت فوكو فى التجربة الحصول على سلك بهذا الطول يكون متجانس التركيب .
تم جذب الكرة إلى أحد الجوانب ثم تركها بحرص شديد لتتذبذب فى مسار خطى يرسمه القلم فى طبقة الرمل . وكما توقع فوكو من تجاربه السابقة ، تغير مسار القلم بعد دقائق من خط رفيع إلى خط سميك ومع مرور الوقت ظهر للمشاهد أن المستوى الذى يتذبذب فيه البندول يدور بالنسبة للمبنى فى إتجاه دوران عقارب الساعة ونجحت التجربة وأثبتت أن الأرض تدور " تحت البندول" .
للإطلاع أكثر يرجى الضغط هنا
الخلفية العلمية :
على أساس مبدأ القصور الذاتى فإن بندول فوكو يحاول أن يحتفظ بمستوى إهتزازته ثابتا . وهذا المستوى ثابت بالنسبة إلى النجوم البعيدة وبمعنى آخر بالنسبة لباقى الكون . أى أن البندول يتجاهل الحركات المحلية سابقة الذكر ومنها الحركة الدورانية للأرض " تحته . ومبدأ القصور الذاتى يفسره القانون الأول لنيتون الذى ينص على الجسم يحتفظ بحالته من السكون أو الحركة الخطية المنتظمة ما لم تؤثرعليه قوة خارجية . هذه الخاصية للجسم تسمى القصور الذاتى . أى أن الجسم قاصر بنفسه أن يغير من حالته دون تدخل قوة خارجية .
إذا وضع بندول فوكو عن القطب الشمالى أو القطب الجنوبى للأرض فإن المشاهد سوف يرى أن مستوى اهتزازه البندول يدور دورة كاملة أى 360 درجة أو 2 ط (زاوية نصف قطرية ) فى 24 ساعة . فى الواقع هذا خداع بصرى لأن مستوى الاهتزازة لا يتغير ولكن الأرض التى يقف عليها المشاهد هى التى تدور .
ودوران مستوى الاهتزازة يكون فى اتجاه دوران عقارب الساعة فى النصف الشمالى من الكرة الأرضية وفى إتجاه عكس دوران عقارب الساعة فى النصف الجنوبى من الكرة الأرضية . ويعتمد الزمن اللازم ليعمل مستوى الاهتزازة دورة كاملة على خط العرض فهو 24 ساعة عند القطبين ويزداد كلما بعدنا عن القطبين ويصبح ما لا نهاية عند خط الاستواء ، أى أنه عند خط الاستواء لا يتغير مستوى اهتزاز البندول .
بندول فوكو حول العالم
يوجد عدد كبير من بندول فوكو في العالم،بصفةأساسية في الجامعات,المعامل,المتاحف, والقبب الفلكية.
ويوجد نموذج في مقر الجمعية العامة للأمم المتحدة مهدى من هولندا.
عربيا يوجد بمركز سوزان مبارك الاستكشافى للعلوم في جمهورية مصر العربية أحد النماذج لبندول فوكو حتى يتمكن الراغب من استكشاف حركة دوران الأرض حول محورها من الغرب إلى الشرق .
* نظرا لقلة المراجع في اللغة العربية,سوف نقدم مجموعة مقالات علمية ومجموعة أبحاث وتجارب من مراجع رصينة حول موضوع حركات كواكب المجموعة الشمسية.
المصادر
Persson, A. The Coriolis Effect: Four centuries of conflict between common sense and mathematics, Part I: A history to 1885 History of Meteorology 2 (2005)
Phillips, N. A., What Makes the Foucault Pendulum Move among the Stars? Science and Education, Volume 13, Number 7, November 2004, pp. 653-661(9)
Classical dynamics of particles and systems, 4ed, Marion Thornton (ISBN 0-03-097302-3 ), P.398-401.
John B. Hart, Raymond E. Miller and Robert L. Mills A simple geometric model for visualizing the motion of a Foucault pendulum, American Journal of Physics -- January 1987 -- Volume 55, Issue 1, pp. 67-70
Frank Wilczek and Alfred Shapere, "Geometric Phases in Physics", World Scientific, 1989
Charles Wheatstone Wikisource: "Note relating to M. Foucault's new mechanical proof of the Rotation of the Earth", pp 65--68
Julian Rubin, The Invention of the Foucault Pendulum, Following the Path of Discovery, 2007, retrieved 2007-10-31. Directions for repeating Foucault's experiment, on amateur science site.
