Műszaki Földtudományi Kar
Miskolci Egyetem
2019. 08. 22.
Foucault Inga

A Miskolci Egyetem főépületének aulájában 2008 óta található egy Foucault inga, amely állandó kiállításként mutat be fundamentális fizikai jelenségeket. Hogy mi is ez valójában? A következő néhány bekezdésben megtudhatja.

Az inga mozgását éjjel-nappal működő webkamera (AXIS210) segítségével nyomon követheti. Itt: http://193.6.11.238/view/index.shtml

 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=xx,x 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=x,xx sec. Az inga síkja Miskolc földrajzi szélességén (xx.x°) egy csillagnap alatt (~24 óra) ~xxxo szögben fordul el. Ebből következik, hogy az inga síkjának teljes körülfordulása mintegy xx óra múlva következik be. A lengés szimmetriája miatt a körülfordulási idő azonban látszólag csupán xx 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 elektromágnes-mágneses kölcsönhatással 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.

F.inga

A Foucault inga síkjának körülfordulása

Jean Foucault életrajza

Jean Foucault – éppen 100 esztendeje – 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.

260px-Foucault-anim

   Foucault effektus

További „önműködő” Foucault ingák (a teljesség igénye nélkül, további információkkal, képletekkel)

Példaképünk a Heidelbergi Egyetem, Kirchhoff Fizikai Intézet Foucault-ingája
https://www.kip.uni-heidelberg.de/oeffwiss/pendel

Lökösháza, Vásárhelyi-Bréda kastély (a Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi kar készítette): https://hu.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1s%C3%A1rhelyi%E2%80%93Br%C3%A9da-kast%C3%A9ly
HAW, Hamburg: https://www.haw-hamburg.de/ti-mp/pendel.html

Evangélikus Dóm, Magdeburg: http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/foucault/

Dominikánus templom, Münster:  https://www.stadt-muenster.de/dominikanerkirche.html

Goethe-Gymnasium, Ludwigsburg: http://129.143.230.62/foucault/12.html

Deutsches Museum, München: https://www.deutsches-museum.de/ausstellungen/museumsinsel/museumsturm/foucault-pendel/

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