Номер 4, страница 138 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

4. В каком направлении и почему поворачивается относительно поверхности Земли плоскость качаний маятника Фуко?

4. Плоскость качаний маятника Фуко поворачивается относительно поверхности Земли из-за суточного вращения нашей планеты. Сам по себе маятник, если его правильно запустить, сохраняет плоскость своих колебаний неизменной в инерциальной системе отсчета (например, связанной с далекими звездами). Однако наблюдатель на Земле находится в неинерциальной, вращающейся системе отсчета. Для такого наблюдателя кажется, что плоскость качаний маятника медленно поворачивается, хотя на самом деле это Земля поворачивается под маятником.

Это явление является наглядной демонстрацией действия силы Кориолиса. Во вращающейся системе отсчета Земли на движущееся тело (в данном случае, груз маятника) действует сила Кориолиса, которая перпендикулярна вектору скорости тела. Именно эта сила и заставляет плоскость колебаний маятника постепенно поворачиваться.

Направление поворота зависит от полушария, в котором находится маятник. В Северном полушарии плоскость качаний маятника Фуко поворачивается по часовой стрелке. В Южном полушарии, наоборот, плоскость качаний поворачивается против часовой стрелки. На экваторе поворота плоскости не происходит, так как в этом месте горизонтальная составляющая силы Кориолиса равна нулю.

Скорость этого поворота зависит от географической широты места ($ \phi $). Угловая скорость поворота плоскости маятника ($ \Omega_p $) выражается формулой: $ \Omega_p = \Omega_E \sin(\phi) $, где $ \Omega_E $ — угловая скорость вращения Земли. Из формулы видно, что на полюсах ($ \phi = \pm90^\circ $), где $ \sin(\phi) = \pm1 $, скорость поворота максимальна и равна угловой скорости Земли ($ \Omega_p = \Omega_E $). Это означает, что маятник совершит полный оборот за одни звездные сутки (примерно 23 часа 56 минут). По мере приближения к экватору синус широты уменьшается, и скорость поворота замедляется, становясь равной нулю на экваторе ($ \phi = 0^\circ $).

Ответ: Плоскость качаний маятника Фуко поворачивается из-за вращения Земли. В Северном полушарии поворот происходит по часовой стрелке, а в Южном — против часовой стрелки. Скорость поворота зависит от географической широты: она максимальна на полюсах и равна нулю на экваторе.