フーコーの振り子

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質問者：sunh
質問日時：2010/01/03 12:48
回答数：5件

フーコーの振り子の、「振れている振り子の振動面は変化しない」という概念が分かりません。
どなたか分かりやすく教えていただけないでしょうか。

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回答 (5件)

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No.5

回答者： cozycube1
回答日時：2010/01/03 17:27

　補足、承りました。

　ああ、良かった。地球という回転する物体の上から見て、しかも自分が静止と考えて振り子を見ているんじゃなかったんですね。
　考えやすいように北極点か南極点に振り子を置きましょうか。さらに単純化のため、振り子をつるしている物からは事実上振り子には力は伝わらないとします。
　すると、振り子からすれば、地球が止まっていようが回っていようが関係ないんですね。振り子にかかる力は重力だけなんですから。地球が回ろうが止まろうが、重力が変化するなんてことはありません。等速直線運動する物体が、そのまま動き続けるのと同じようなことです。
　ただ、地表に固定されていて自分が静止だと思っている観測者からすれば「なんでこの振り子は24時間で1回転するんだろう？」ということにはなります。実は回っているのは観測者ですのにね。普通に振れている振り子の周りをぐるりと1周しておきながら不思議がるわけです。「この振り子には不思議な力がかかっている」と。宇宙の、しかも地球の周りを周回せずに止まっている観測者からすれば、間抜けなのは地表の観測者です。
　もしかするともっと分かりやすい例はこんな感じでしょうか。回転する摩擦のない滑らかな円盤があるとします。中心から物体を外に向けて滑らせます。円盤の外から見れば物体の運動は等速直線運動です。しかし円盤の上に固定されていて自分が静止だと思っている観測者からすれば、物体はカーブを描いて運動するように見えます。まるで何か不思議な力がかかっているかのように。円盤に固定された観測者が自分を静止だと思うほうが変なんですけどね。
　こういう自分が回転しているせいで、単純な動きがおかしな動きに見えるのを「コリオリの力」といいます。「見かけの力」などとも呼ばれます。単純な座標系に移れば、消えてしまう力です（だから、見かけ）。
　元の「振れている振り子の振動面は変化しない」に戻るならば、余計な力がかかってないから、単純にそのまま動く、ということです。

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No.4

回答者： debukuro
回答日時：2010/01/03 14:22

洗面器に水を張る

中央付近に何かを浮かべる
洗面器を回転させる
どういうことが起こるか
なぜそうなるのか考えてください

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No.3

回答者： yokkun831
回答日時：2010/01/03 13:38

(1) 振動面が変化しないという概念そのものがわからない

(2) どうして振動面が変化しないのかがわからない

上のいずれであるかがわかりませんでした。

(1)について

振動面とは，支点と振子のおもりの軌道を含む面のことです。振子の糸が描く面といってもよいでしょう。この面が振子の運動によって動いていくことはないということです。

(2)について

おもりが受ける力が，重力と糸からの張力のみであれば，おもりは振動面に垂直な方向への加速度を持つことができませんから，決められた振動面からはみだすことはできません。ところが，地球が自転しているために，北半球ではおもりの進行方向に対して垂直右向きに慣性力＝「コリオリ力」を受けるように見えるわけです。このコリオリ力は「みかけの力」ですから，外（慣性系）から見れば振動面は動かず，振動面が動いていくように見えるのは，地面の方が上から見て反時計回りに回転しているためということになります。

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No.2

回答者： WPY11_4548
回答日時：2010/01/03 13:25

>フーコーの振り子の、「振れている振り子の振動面は変化しない」

は固定座標系で見たときに変化しない。という意味です。
一方、私たちが目で見る現象は、全て地球という移動座標系で観察していることになります。

ですから、No1の方の回答にあるように、極点で振り子を振った場合は、振り子の振動面が24時間1周回転するように見える(極点は純粋な回転座標なので)けれども、固定座標(地球も移動するものと見える空間そのものを基準)上では振動面は変化しない(=回転しない)ということになります。