Гироскоп

Казалось бы, что дальше в области доказательства вращения Земли идти некуда. Однако, сам Фуко не был удовлетворен опытом в Пантеоне.

Он знал, что маятник одинаково хорошо качается с севера на юг, с востока на запад или в ином любом направлении. Эти колебания не дают никакой возможности определить, где находится север и где восток. И у Фуко возникла мысль произвести такой новый опыт, который позволил бы обнаружить не только вращение Земли, но и определить положение земной оси.

После недолгих размышлений он решил, что сделать это ему поможет волчок.

В конце августа 1852 г. в распоряжении Фуко уже был замечательный новый прибор, им самим изобретенный и великолепно выполненный по его указанию в мастерской Румкорфа — того самого, который за год перед тем изобрел индукционный аппарат, получивший название «катушки Румкорфа».

Основной частью прибора Фуко был массивный волчок с утолщенными краями, отлитый из бронзы. С помощью двух подвижно соединенных друг с другом колец, образующих карданов подвес, волчок так был прикреплен к подставке, что его ось могла принимать любое положение в пространстве; при этом сам волчок находился в безразличном равновесии.

Для опытов с новым прибором Фуко перебрался в подвал своего дома, чтобы исключить влияние сотрясения пола от проезжающих ломовых телег. Подставка с волчком была установлена на массивном столе. Тут же поблескивал латунными боками микроскоп, направленный на особую метку наружного кольца.

Сняв волчок с подставки, Фуко закрепил его в машине для запуска и изо всех сил принялся вертеть ее ручку. Разогнав волчок как можно сильнее, Фуко поместил его обратно на подставку и, приложив глаз к микроскопу, стал следить за меткой на наружном кольце.

Гироскоп Фуко. В середине прибора виден диск волчка с утолщенными краями. На горизонтальной оси волчка насажена шестеренка (зубчатое колесо), которая служит для запуска волчка на специальной машине. Ось волчка проходит через горизонтальное кольцо, которое само лежит на ножевидных выступах в гнездах внешнего вертикального кольца. Оба кольца вместе образуют карданов подвес. На тонкой стальной проволоке карданов подвес прикреплен к стойке с тремя ножками. Справа от прибора стоит микроскоп, направленный на метку на наружном кольце. Стрелка, прикрепленная к наружному кольцу внизу, тоже отмечает вращение Земли.

Через несколько секунд Фуко обнаружил, что метка перемещается в поле зрения микроскопа. На любого другого человека это скромное движение не произвело бы ни малейшего впечатления — в нем не было величественности извержения вулканов или громовых раскатов бушующей грозы, или шума морского прибоя. Но Фуко в этом движении черточки на круге увидел нечто более грандиозное, чем любое явление природы, разыгрывающееся на поверхности Земли: он увидел движение самого земного шара вокруг его оси.

В этом убеждали простейшие рассуждения. Ось вращающегося волчка стремится сохранять в пространстве неизменное положение. Карданов подвес позволяет ей это делать наилучшим образом. Но оказывается, что по отношению к микроскопу, неподвижно стоящему на столе, по отношению к полу, к стенам подвала, а следовательно, и к самой Земле направление оси волчка непрерывно изменяется (именно об этом говорит движение метки). Ясно, что это может происходить, как и в опыте с маятником, только в результате вращательного движения земного шара.

— Я увидел вращение Земли под микроскопом! — сказал Фуко в докладе Академии наук, который он сделал в сентябре того же 1852 г. о своих последних работах с волчком.

Свой прибор Фуко назвал «гироскопом», что в переводе с греческого значит «указатель вращения». Этим названием он подчеркивал, что прибор обнаруживает вращение Земли. Но теперь гироскопом называют всякий волчок, укрепленный на кардановом подвесе, независимо от его назначения.

Машина Фуко для запуска волчка. Вращение от рукоятки рядом зубчатых колес передается волчку, который виден вверху. Зубчатые колеса подобраны так, чтобы медленное вращение рукоятки преобразовывалось в очень быстрое вращение волчка. Запущенный волчок руками снимают с машины и помещают в карданов подвес гироскопа.

Дальнейшие опыты с гироскопом обнаружили, что он обладает еще двумя свойствами, отсутствующими у маятника и имеющими очень важное значение. Закрепляя кольца так, чтобы ось волчка могла двигаться только горизонтально, Фуко заметил, что в этом случае ось начинает медленно колебаться около меридиана, отклоняясь вправо и влево на одинаковый угол.

Закрепляя же кольца так, чтобы ось волчка могла двигаться только в вертикальном направлении, в плоскости меридиана, Фуко заметил, что при этом ось волчка колеблется около линии, параллельной земной оси, отклоняясь вверх и вниз на одинаковый угол.

Первое свойство гироскопа позволяет определять направление меридиана, а с ним вместе и точку севера, второе — дает средство определять направление земной оси, а следовательно, и широту места наблюдения.

— Представим себе, — говорил Фуко в докладе, — что человечество живет в пещерах внутри Земли, что оно лишено возможности видеть небо со всеми его светилами. Тогда гироскоп с его удивительными свойствами позволил бы даже этим пещерным людям не только обнаружить вращение Земли и измерить его угловую скорость, но и определить направление меридиана, узнать, где находится север, а следовательно, и остальные точки горизонта, наконец, найти широту своего места. Гироскоп по своим свойствам похож на магнитную стрелку с той, однако, разницей, что магнитная стрелка указывает на магнитный полюс, а гироскоп на географический, то есть на истинный.

— Я полагаю, — заключил свою речь Фуко, — что гироскоп можно будет применять вместо магнитного компаса, сделав в нем некоторые дальнейшие усовершенствования. Но это дело будущего.

— Ну, это едва ли потребуется! — заметил с места один из академиков. — Современные магнитные компасы устроены идеально и в замене не нуждаются.