Műszaki Földtudományi Kar
Miskolci Egyetem
2014. 10. 26.
Foucault Inga

A Miskolci Egyetem főépületének aulájában található egy Foucault Inga, amely állandó kiállításként mutat be fundamentális fizikai jelenségeket. Hogy mi is ez valójában? A következő néhány bekezdésben megtudhatja.

A Miskolci Egyetemen bemutatott inga

A gömb rozsdamentes acélból számítógép vezérlésű forgácsolással (NC esztergálással) készült. Átmérője D=220 mm, tömege mintegy M=45 kg. A gömböt d=4 mm átmérőjű acélsodrony tartja, amelyik egy csapágyazott egymásra merőleges kettős (kardán) tengelyen függeszkedik. Az inga hossza L=10,4 m. A felfüggesztés alatt l=160 mm-re a sodrony körül egy 16 mm átmérőjű gyűrű található (”Charron-ring”), amelyik belső falához az acélsodrony lengés közben hozzáér. Ezzel az ingát a lengési síkjából kitéríteni próbáló erők (léghuzatok, légörvények, épületrezgések) hatását csillapítja, aminek következtében az inga közel síkban leng, így Foucault effektus zavar-mentesen figyelhető meg. Az inga lengési periódusideje T= 2*đ*(L/g) 1/2 összefüggéssel számolva 6.47 sec. Az inga síkja Miskolc földrajzi szélességén (48.4° ) egy csillagnap alatt (~24 óra) ~270 o szögben fordul el ( 360° *sin(48.4° ) összefüggéssel számolva). Ebből következik, hogy az inga síkjának teljes körülfordulása mintegy 32 óra múlva következik be. A lengés szimmetriája miatt a körülfordulási idő azonban látszólag csupán 16 óra. Ezt a körülfordulási időt sem tudnánk azonban megfigyelni, mivel a lengőmozgást fékező – a légellenállásból adódó – erő ingánkat mintegy 2 óra alatt megállítaná. E csillapító erőt ellensúlyozza az asztal alá beépített elektronikus szerkezet, amely lengési periódusonként mágneses erőhatással kissé lendít az ingán, amely következtében az nem fékeződik le. A golyón lévő jel mindig az épület azonos irányba mutat – függetlenül a lengés síkjától – ezzel is szemléltetve a kitérítő Coroilis erő hatását. A Foucault-inga felállítását Dr. Szaladnya Sándor emeritus professor kezdeményezte, aki a megvalósult inga lengési jellemzőit is kiszámította. A számítások eredményei megtekinthetőek itt.

pendulum

A Foucault inga helyzetváltoztatása

Jean Foucault életrajza

Jean Foucault 1819 szeptember 18-án született Párizsban egy jómódú polgári családban. 10 éves korában a párizsi “Colleg Stanislas” – ba iratták szülei, ám egy idő múltán tanárai nem megfelelő szorgalma okán tanítását tovább nem vállalták. Ezért magántanárnál fejezte be iskolai tanulmányait. A Párizsi Egyetem orvosi stúdiumot is megszakította, állítólag azért mert irtózott a boncolástól. Egy rövid időszakot követően – amikor egy optikus kutató mellett vállalt asszisztensi munkát – 25 évesen 1844-ben a “Journal de Debat”-nál kezdett dolgozni tudományos tudósítóként. Itt találkozott Armand Fizeau-val akivel közösen a fény terjedési sebességét kutatták levegőben és vízben. Az ez idő tájt ismertté vált a fénysebesség mérésére szolgáló “fogaskerekes” majd a “forgótükrös” módszerek felhasználásával megállapították, hogy a fény terjedési sebessége a közeg törésmutatójával fordítottan arányos. Ezzel párhuzamosan Foucault a fémekben fellépő örvényáramok kutatásával is foglalkozott. 1851-ben mutatta be Jean Foucault a párizsi Pantheon-ban a széles közönség számára a 68 m hosszú fonálingáját, amellyel nagyon látványosan a Föld forgását lehetett demonstrálni. Ez az inga “Foucault-inga” néven vonult be a történelembe. Szintén Foucault nevéhez fűződik a giroszkóp feltalálása, amely napjainkban is számos geodéziai műszer, navigációs rendszer és fényképezőgép alapvető egységét képezi. 1855-ben a párizsi obszervatóriumban kutat. Itt fejleszti ki a – ma is használatos – csillagászati tükrös távcsövet, amellyel az addig ismert üveglencsés távcsövekhez képest lényegesen nagyobb nagyítás és felbontás volt elérhető. E távcső tette lehetővé spektrumok felvételét is az égitestekről. 1850-ben megkapta a Societe Royal legmagasabb kitüntetését, 1865 az Institute de France tagjai sorába választotta. 1868 február 11-én hosszas betegség következtében halt meg 48 évesen szülővárosában, Párizsban.

A Foucault effektus

Az Foucault effektus bemutatása 1851-ben az első olyan bizonyíték volt a Föld forgására, amelyik nem a csillagközi térben kereste a vonatkoztatási pontot. Az inga síkjának elfordulását az úgynevezett Coriolis erő okozza. Ez ez erő csak forgó vonatkozási rendszerek esetében lép fel. Ilyen rendszer a Földünk is a csillagokhoz viszonyítva. A Coriolis erő kitérítő hatását szemléletesen megfigyelhetjük kísérleti úton is, ha egy eldobott golyót “kívülről” (felső ábra), vagy egy forgó korongról (piros pont) figyeljük meg (alsó ábra). Ezt mindenki kipróbálhatja: egy játszótéri körhintára ülve a szemben ülő felé dobott labda célt fog téveszteni. Az inga síkját kitérítő erő nagysága a földrajzi szélesség szerint változik. Az Északi és Déli sarkokon egy nap alatt körbefordul az inga síkja (ellenétes irányban), míg az Egyenlítőn egyáltalán nem jelentkezik a Foucault effektus, azaz az inga síkja megtartja eredeti irányát. Ezt a jelenséget szemléletesen mutatja Mogi Vicentini animációja. Itt: videó.

effektus

Foucault effektus

A Foucault ingához kapcsolódó linkek gyűjteménye:

Példaképünk, ahonnan sok tapasztalatot szereztünk. Köszönet érte! Heidelbergi Egyetem, Kirchhoff fizikai Intézet Foucault-inga honlapja:
http://www.kip.uni-heidelberg.de/OeffWiss/Pendel-Internetauftritt/

A 10 legsikeresebb webkamera között:
http://www.earthcam.com/search/moreInfo.php?id=d3a5a3a999f27a9f01d638c84dc74c1d

További Foucault ingák a világon:
http://www.kip.uni-heidelberg.de/OeffWiss/Pendel-Internetauftritt/pendelweltweit.php

Wikipedia/hu:
http://hu.wikipedia.org/wiki/Foucault-inga

Mogi Vicentini: Foucault effektus, és további sok érdekes a Földdel kapcsolatos fizikai jelenség animációjának letöltése innen:
http://www.mogi-vice.com/Pagine/Scaricamento.html

Föld éve hivatalos honlapok:
http://foldev.hu

A legjobb webkamerák honlapja:
http://www.earthcam.com/topten.php

Kapcsolat
Amennyiben kérdése, megjegyzése lenne az ingával kapcsolatban, küldjön e-mailt a foucaultinga@gmail.com címre!