푸코진자가 지구가 자전함에 따라서 회전한다고 합니다...
왜 푸코진자가 지구의 자전때문에 회전하게 되는지 알고 싶습니다..
왜 푸코진자가 지구의 자전때문에 회전하게 되는지 알고 싶습니다..
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| 위의 버스의 사례에서 버스의 회전 운동을 일으키는 구심력은 버스 바퀴와 지면 사이의 마찰력입니다. 하지만, 실제 지구의 지표에 대한 구심력은 물체에 작용하는 중력의 '지구 자전축에 수직한 성분'입니다. |
굽은 길에서 버스가 급하게 우회전한다면 사람의 몸은 버스의 왼쪽으로 쏠립니다.
서서 가는 승객을 위한 천장의 손잡이도 역시 사람의 몸처럼 왼쪽으로 쏠립니다.
하지만 의자나 기둥 같은 것은 버스가 회전하는 대로 잘 따라갑니다.
의자와 기둥은 버스에 단단하게 고정되어 있어서 버스가 회전하는 대로 따라갈 수밖에 없습니다.
하지만 사람의 몸은 의자나 기둥보다는 자유롭습니다.
(가) 이전에 버스는 직진을 하고 있었습니다.
그 이후 버스는 (가 → 나 → 다)로 우회전을 합니다. 하지만, 사람은 직진하던 방향 그대로 계속 진행하려고 합니다.
버스는 우회전하는데 사람은 직진하니까 결국 사람은 버스의 왼쪽 벽에 가서 부딪히고 말 겁니다.
물론 우리는 그렇게 되지 않으려고 손잡이를 꽉 붙잡지요.
"모든 물체는 다른 간섭을 받지 않는 한 자기가 달리던 방향으로 달리는 성질을 가지고 있습니다. 그 뿐 아니라 빠르기도 같게 유지하려는 성질을 가지고 있습니다. 간섭을 받지 않는 한 말이죠." 간섭을 덜 받을수록 자기가 달리던 방향으로 달리기가 더 쉽지만, 간섭이 심해질수록 그러기가 어려워집니다.
이것을 관성의 법칙이라고 합니다. 관성의 법칙은 "물체는 외력을 받지 않는 한 자신의 운동 상태를 유지한다"입니다. 외력은 이 물체의 외부에서 이 물체에 가해지는 힘으로서 앞서 말한 '간섭'을 의미합니다. 외력을 받는 것을 간섭을 받는다고 표현하였습니다.
버스에 타고 있는 승객은 버스에 단단히 고정되어 있는 것이 아니라서 버스의 간섭을 덜 받습니다.
버스가 우회전하기 전에 버스와 승객은 함께 직진하고 있었습니다.
(가) 이후로 버스가 우회전을 하지만, 승객은 버스의 간섭을 덜 받기 때문에 그 후로도 직진을 합니다.
의자나 기둥처럼 버스에 단단히 고정되어 있는 물체는 버스의 간섭을 아주 많이 받습니다.
그래서 자기가 진행하던 방향으로 진행하지 못하고 버스를 따라 움직일 수밖에 없습니다.
푸코 진자의 진동면도 마찬가지입니다.
끈에 무거운 물체를 매달아서 흔들어 보세요.
끈은 아주 유연하기 때문에 사람의 손에 붙잡혀 있다고 하더라도 사람의 간섭을 적게 받습니다.
끈을 쥔 채로 물체가 왔다갔다 흔들리게 한 상태에서 몸이 향한 방향을 바꾸어보세요.
몸이 향한 방향을 바꾸더라도 끈이 흔들리는 진동면의 방향은 거의 달라지지 않습니다.
그건 아까 말한대로 끈이 내 몸의 간섭을 거의 안받기 때문입니다.
만약 끈에 매단 물체가 가볍거나 끈이 덜 유연하다면 몸의 방향을 틀 때 진동면이 돌아갈 수도 있습니다.
푸코가 추를 매단 천장의 건물을 생각해보겠습니다.
시간이 흐르면 지구의 자전의 결과로 건물 그리고 천장이 회전합니다.
건물은 지구에 단단히 고정되어 있어서 관성이 매우 큼에도 불구하고 지구를 따라 자전할 수밖에 없습니다.
건물의 관성이 건물의 강도를 극복하지 못하기 때문입니다.
반면, 푸코진자의 추는 유연한 줄을 통해 건물의 천장에 매달려 있으며 추는 매우 무겁습니다.
따라서, 지구의 자전이 추의 운동을 간섭하기 어렵습니다.
실제로는 추의 진동면은 우주 공간에 대해서 늘 같은 방향을 향하고 있는데, 지구가 자전하면서 추의 진동면에 대해 상대적으로 회전하는 것처럼 보이는 것입니다.