Inertian jäljillä

Foucaultin heiluri

Foucault'n heilurin liikerata kiertyy pohjoisella pallonpuoliskolla oikealle. Kts. lisätiedot alla. Kuva: Mika Toivonen

Ranskalainen fyysikko Jean Bernard Léon Foucault esitteli Pariisissa vuonna 1851 heilurin, joka koostui pitkän teräslangan päähän sijoitetusta messinkipallosta. Peruukkien alla varmasti kuhisi jännittynyt tunnelma, kun heilurin kärki piirsi hiekkaan aluksi vain suoraa viivaa, mutta yleisön hämmästykseksi piirtojälki alkoi kiertymään!

Foucault’n heiluri on mielenkiintoinen mittalaite maapallon pyörimisliikkeen tutkimiseen. Maapallon pyöriminen akselinsa ympäri tuottaa nk. Coriolis-ilmiön, joka saa tykinkuulat kaartumaan oikealle sekä matalapaineet pyörimään pääsääntöisesti vastapäivään pohjoisella pallonpuoliskolla.

Suomessa ensimmäinen Foucault’n heiluri asennettiin Eurajoen vesitorniin vuonna 1986. Foucault’n heiluria voi heilutella myös Vantaan tiedekeskus Heurekassa. Huonekorkeuden salliessa Foucault’n heilurin voi valmistaa kätevästi myös kotioloissa.

Henkilöauton sisälle kiinnitetty vappupallo liikahtaa kiihdytyksessä eteenpäin. Oikealle kaartaessa vappupallo kallistuu myös oikealle. Jarruttaessa pallo liikahtaa taaksepäin. Tiheyserojen muodostuminen ja tasoittuminen on läsnä kaikessa, mikä ilmaa tai vettä liikuttaa.

Vappupallon erikoista käyttäytymistä selitetään Arkhimedeen lain nosteella. Vappupallon helium on ympäröivää ilmaa kevyempää kaasua, joten auton kiihdytyksessä heliumin syrjäyttämä ilmamassa muodostaa ylöspäin suuntautuvan nosteen lisäksi vaakasuuntaisen nosteen (tai painegradientin), mikä puskee palloa pienemmän tiheyden suuntaan. Kattoon kiinnitetty omena ei käyttäydy samalla tavoin, sillä omena on ympäröivää ilmaa tiheämpää materiaalia. Painottomassa tilassa (nollakiihtyvyydessä) nostetta ei esiinny lainkaan.

Vatupassi kiihtyy

Kuvassa vasemmalle suuntautuvassa kiihtyvässä liikkeessä oleva vatupassi. Ilmakupla liikkuu kiihtyvyyden suuntaan. Kuva: Mika Toivonen


Vaakasuoralle pöytäpinnalle asetetun vatupassin ilmakupla pystyttelee merkkiviivojen välissä. Mikäli vatupassin toiseen päähän kohdistetaan sormella nopea isku, ilmakupla liikahtaa kohti kiihtyvyyden suuntaa.

Inertia eli hitaus (tai massa) on kaikkeen materiaan liittyvä fysikaalinen ominaisuus, joka vastustaa liiketilan muutoksia.

”Heureka! Olen löytänyt sen!”, kerrotaan Arkhimedeen huutaneen ja juosseen suoraan kylpyammeesta alastomana kaupungille. Mitä Arkhimedes sitten todella oivalsi?

Ehkä sen, että kylpyammeeseen upotettuun litran kokoiseen kumiankkaan kohdistui 9,81 Newtonin noste huolimatta siitä, minkä muotoinen tai painoinen ankka on, kunhan vain on väriltään keltainen.

Lähteet:
MIT OpenCourseWare, Physics I, Classical Mechanics, Prof. Walter Lewin http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-classical-mechanics-fall-1999/

Driving a Car with a Helium Balloon: Physics

Foucault’s Pendulum

http://en.wikipedia.org/wiki/Inertia
http://fi.wikipedia.org/wiki/Foucault%27n_heiluri
http://fi.wikipedia.org/wiki/Coriolis-ilmi%C3%B6

Valokuva:
Kuvassa kahdeksan kilon kahvakuulasta valmistettu Foucault’n heiluri. Kuvattu koejärjestelyn alussa (punainen) ja lopussa (sininen) havaitut kuulan liikeradat. Yhdistetty samaan valokuvaan. Kuvakulma katosta lattiaan.

Tämä kirjoitus kuuluu kategoriaan Elämä ja sää. Tagit: , , , , . Pysyvä linkki.

6 vastausta kirjoitukseen

  1. Jarmo sanoo:

    Onkohan Eurajoen vesitorni todellakin Turussa. Epäilen, kun äsken ajoin ohi niin on edelleen Eurajoella. Eurajoki taas sijaitsee Satakunnassa Rauman ja Porin välissä.

    • Mika Toivonen sanoo:

      Hyvä huomio! Nyt korjattu. Lähdeviitteet pettivät. Tässä aiheesta lisätietoa:
      ”Eurajoen Foucault’n heiluri osoittaa maapallon pyörimisliikkeen akselinsa ympäri”
      http://www.tvo.fi/www/page/3421/

  2. Allu sanoo:

    Tuo toinen video, niin missä on tuommoinen nähtävyys? Onko se jonkinlainen museo? :)

    • Mika Toivonen sanoo:

      Kyseessä on Pariisin Panthéon. Rakennus oli alunperin kirkko, sittemmin suurmiesten (ja -naisten) hautapaikka, mm. radioaktiivisuuden tutkija ja nobelisti Marie Curie on haudattu Panthéoniin. Nykyisin rakennus on suosittu turistinähtävyys. http://www.pantheonparis.com/

  3. Penttinen sanoo:

    mukavaa ja ihmisläheistä fysiikkaa! Heilureilla voi tutkia monenlaista.
    Mm heilurin käyttäytyminen muuttu auringonpimennyksen aikaan. Tulos on hieman kummallinen: Näyttäisi siltä, että kuu varjostaa auringon vetovoimaa. Vaikka moni asia tukisi sitä, että auringon ja kuun vetovoimat yhdistyisi niiden ollessa samassa linjassa.
    Kuitenkin heilurin liikkuminen nopeutuu, joka tarkoittaa maan vetovoiman suurempaa vaikutusta, eli kumoavat voimat (kuu + aurinko) ovat heikentyneet.

    • Mika Toivonen sanoo:

      Näinhän se. Luonnontieteiden tutkiminen ei aina vaadi kalliita ja monimutkaisia laboratoriovälineitä. Heilureilla pääsee jo yllättävän pitkälle.

Forecan blogissa on käytössä kommenttien esimoderointi eli blogin ylläpitäjän on hyväksyttävä kommentti ennen kuin se näkyy blogissa. Kommentteja käydään läpi toimistotyöajan puitteissa.

Blogin keskusteluun voi osallistua asiallisilla, aiheeseen liittyvillä ja toisia kunnioittavilla kommenteilla. Viestejä voidaan jättää julkaisematta ylläpidon harkinnan mukaan, esimerkiksi jos viesti on loukkaava, ei liity blogin aiheeseen, sisältää selkeää tahallista provosointia tai on muutoin asiaton.