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간이 푸코 진자 만들기 목록

조회 : 20356 | 2009-03-09


[실험 개요]


우리는 지구가 24시간에 한 바퀴씩 자전한다는 것을 알고 있다. 그렇다면 지구가 자전한다는 것을 어떻게 증명할 수 있을까? 19세기 프랑스 과학자 푸코가 되어 지구 자전을 증명해보자!




[실험 재료]
빨대 6개, 클립 12개, 가위, 실, 고무찰흙, 호일, 투명테이프




[실험 과정]
1. 6개의 빨대의 양쪽 끝에 클립을 끼운다.
2. 클립을 연결하여 정사면체 모양을 만든다.
3. 정사면체의 한 쪽 꼭지점에 실을 매단다.
4. 바닥에서 살짝 닿지 않을 정도의 높이에 고무찰흙을 매달아준다.
5. 고무찰흙을 호일로 감싼다.
6. 진자가 북극지도의 중심에 위치하도록 올려놓고 단진자 운동을 시킨다.
7. 지도를 지구 자전 방향으로 회전하여 본다.






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[실험 정리]
푸코의 진자는 진자의 진동면이 회전하는 현상을 통하여 지구가 자전한다는 것을 보여주는 장치이다.

지도와 진자를 반시계 방향으로 회전시켜도 진자는 관성에 의해서 일정한 방향으로 회전을 하기 때문에 진자의 진동면이 시계방향으로 회전하는 것을 확인할 수 있다. 



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[생각해 보기]
1) 진자는 왜 회전하는 것처럼 보일까?

2) 지구가 자전하는데 진자도 같이 돌지 않는 이유는 무엇인가?





[알아봅시다]
1851년, 푸코는 파리의 판테온 사원 천장에 길이 67m의 철사줄에 무게 28kg의 추를 매달고 진동시키는 실험을 하여 지구의 자전을 증명하였다. 천장에 길게 매달려 진동하는 푸코의 진자는 오늘날 세계 여러 나라의 박물관이나 과학관 등에서 흔히 볼 수 있다. 푸코의 진자는 진자가 매달린 축이 자유롭게 움직일 수 있도록 되어있다. 북반구에서 이 진자를 흔들어주면 진자의 진동 방향이 시계 방향으로 돌아가게 된다.

이 현상을 설명하기 위해 오른쪽 그림과 같이 북극에서 진자를 매달았다고 가정하자. 진자는 일단 진동하게 되면 일정한 진폭으로 같은 방향으로 진동한다. 그러나 지구의 자전으로 진자 아래의 지표면이 회전하기 때문에, 상대적으로 진자의 진동 방향이 지구의 자전 방향과 반대 방향으로 회전하는 것처럼 보인다. 따라서 북반구에서는 진자의 회전 방향이 시계 방향이다. 물론 남반구에서는 시계 반대 방향으로 회전한다. 그림에서 진자의 회전 방향은 일정한데 진자 아래의 지표면이 회전한 것을 볼 수 있다.

극지방에서 이 진자가 한 바퀴를 도는데 걸리는 시간은 1항성일(23시간 56분 4.09초)이다. 그리고 극지방에서 적도지방으로 내려감에 따라 진자의 회전 시간은 점차 길어진다. 마침내 적도 지방에 이르면 진자는 회전하지 않고 같은 방향으로만 진동한다.
이같이 진자의 진동 방향이 변화하는 것은 지구가 북극과 남극을 축으로 하여 자전하기 때문이다. 그리고 진자의 회전 방향과 반대방향으로 지구가 자전해야 하므로, 지구는 서쪽에서 동쪽으로 자전한다는 것을 알 수 있다.

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[참고자료]
지구과학 2 교과서(금성출판사)

실험| 종암중학교 손유미 선생님 

 



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