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フーコーの振り子を動かす力は電流

2018/02/01

Permalink 08:16:11, by admin Email , 2 words   Japanese (JP)
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フーコーの振り子を動かす力は電流

地球の自転を証明したと言われているのが、フーコーの振り子だ。1851年にフーコーが実験で自転を証明した。フーコーの振り子では、往復する振り子に対して、自転で生じる見かけの力、コリオリの力が働くために、少しずつ回転すると考えられている。

コリオリの力は回転する円盤で説明される。円盤の上に乗せた球が動いたとき、円盤から見ると回転しているように見えるのだ。コリオリ力は、台風の渦巻き、ためた水を流したときにできる渦巻きの方向などに働いていると考えられている。

wikipediaより

でも、よーく考えると何か変なのだ。地球上の物体は、自転のスピードで慣性力を持っている。自転を感じないのは、周囲の空気も一緒に自転しているせいだ。振り子の周囲にある空気も自転の慣性を受けている。両端に重りをつけた棒を中央にワイヤーをつけて、平行につるしておくと回転するだろうか? コリオリの力が慣性力で生じるなら、静止した物体にもコリオリの力は働くはずだ。ところが、この棒は回転しない。

そこで、脳内シミュレーターで考えてみた。筆者は子供のころ、脳内に立体をイメージして、くるくる回転させて遊んでいた。現在のCGでやるようなことを脳内イメージでやることができた。立方体を3等分する直線も見つけたことがある。年をとって脳内シミュレーターの性能は低下したが、まだ少しは機能する。

じつはフーコーの振り子を考える前、台風の回転運動を考えていた。台風は北半球と南半球で回転方向が逆になる。フーコーの振り子も回転は逆だ。どちらもコリオリの力で回転方向が決まると考えられている。でも、コリオリの力におかしな点があるのは、冒頭で指摘したとおりだ。

そのとき、気がついたのは地球磁場だ。地球磁場には傾き、伏角がある。磁力線の傾きだ。赤道では、ほぼ水平の伏角は、緯度が高くなるほど、傾きが増していく。

台風については、気圧と関係があるので、別の記事で書くつもりだ。ここではフーコーの振り子について説明する。はじめ、振り子の金属球が磁場の影響を受けていると考えた。しかし、金属球内部に渦電流が生じて、振り子の抵抗になることはあっても回転する横向きの力は生じない。そこで気がついたのは、金属球を吊り下げている長いワイヤーだ。

磁場を横切るワイヤー内部には、電子があるので、電界が生じ、電子が移動する。電流が流れるのだ。振り子は往復運動するので、1周期ごとに電流が発生する。電流が流れるワイヤーには横向きの力が加わるが、このままでは回転しない。ワイヤーが横切る地球磁場の磁力線には傾きがある。ワイヤーと磁力線の角度が大きくなるほど電流が強くなるため、片側(赤道より)の力が強く働く。回転するのだ。

これを証明するのは簡単だ。ワイヤーを絶縁体で置き換えればいい。暇があったら、自分でやるつもりだが、どこかでやってくれないだろうか。

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