جيروسكوب فوكو

دوام فوكو (بالإنجليزية: Foucault gyroscope)‏ هو جهاز بوصلة دَوَّامة ابتكره الفيزيائي الفرنسي ليون فوكو في عام 1852، وكانت بمثابة تجربة تابعة لاختراعه النواس من أجل توضيح دوران الأرض بشكل أكبر.^[1]^[2]^[3]^[4]

شعر فوكو بأن نتائج تجربة النواس الشهيرة التي أجراها قد أسيء فهمهاعلميا. ومن أجل لذلك سعى إلى إنشاء جهاز «بجسم معلق بحرية بواسطة مركز جاذبيته يستطيع الدوران حول أحد محاوره الرئيسية»، مما سمح بدراسة المستوى «باستقرار اتجاهي مطلق». فسمحت الدقة الميكانيكية لدوام فوكو بإثبات ذلك بوضوح للمؤسسات العلمية، وأصبح الدوام أداة شائعة الاستخدام على نطاق واسع.^[5]^[6]

التصميم

بالتعاون مع بول جوستاف فرومينت، قام فوكو ببناء جهاز فيه تم موازنة المحور الداخلي على محامل حافة سكين على المحور الخارجي وعلق المحور الخارجي بخيط دقيق خالٍ من الالتواء بطريقة تجعل نقطة المحور السفلية لا تحمل أي وزن تقريبًا.^[7]

تم تدوير الدوام بسرعة 9000-12000 دورة في الدقيقة باستخدام مجموعة من التروس قبل وضعه في مكانه، وذلك اعتبر الوقت الكافي لموازنته وإجراء 10 دقائق من التجارب. فيمكن ملاحظة الجهاز إما باستخدام مجهر بمقياس عشر درجة أو بمؤشر طويل.[1]^[5]

المنشورات

نشر فوكو ورقتين في عام 1852، حيث ركزت إحداهما على علم الفلك مع الوزن الحر للتحرك على جميع المحاور الثلاثة. مما يعني أنه عبارة عن عرض تجريبي جديد لحركة الأرض، بناءً على ثبات مستوى الدوران. ^[8] والأخرى على الميكانيكا مع الوزن الحر للتحرك على محورين فقط ( حول ظاهرة التوجيه للأجسام الدوارة التي يقودها محور ثابت على سطح الأرض. أي علامات حساسة جديدة للحركة اليومية للأرض. ^[9]

في بحثه عن الميكانيكا، أوضح فوكو أنه إذا تم تثبيت محور دوران واحد في خط واحد مع سطح الأرض، فإن المحورين الآخرين للدوران يميلان إلى نفس الاتجاه، وذلك على غرار "الإبرة المغناطيسية"، مما يجعل من الممكن استخدام الأداة لتسليط الضوء على قوة توجيهية.^[10]

التسمية

^[11] وقد أطلق فوكو اسم "دوام" على الجهاز في أحداث نشر تجربته عام 1852:^[12]

يمكن أيضًا استخدام هذا الجهاز المصمم خصيصًا لتسليط الضوء على انحراف الجسم الدوار بحرية وتقريبه لإنتاج ومراقبة ظاهرة التوجيه التي ذكرتها ووصفتها للتو. وبما أن كل هذه الظواهر تعتمد على حركة الأرض وتتجلى في أشكال مختلفة، فإنني أقترح تسمية الأداة الوحيدة التي ساعدتني في مراقبتها بالدوام.

النسخ

تم صنع ما لا يقل عن ثلاث نسخ أخرى من دوام فوكو في صناديق سفر وعرض ملائمة، ولا تزال النسخ متواجدة في المملكة المتحدة، و فرنسا، والولايات المتحدة.تم إعطاء الأصل إلى الكوليج دو فرانس وفُقد بعد ذلك، ولا توجد صور معروفة للأصل مما يشير إلى أنه فُقد بعد بضعة عقود من استلامه من الأخير.

أصبح دوام فوكو تحديًا ومصدر إلهام لهواة العلوم المهرة مثل ديفيد ب. آدمسون.

معرض الصور

رسم تخطيطي للدوام
جهاز تحديد الدوام

الاستشهادات

لىعالجهاز

Foucault, Léon (1852a). "Astronomie: Sur une nouvelle démonstration expérimentale du mouvement de la Terre, fondée sur la fixité du plan de rotation". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (بالفرنسية). Gauthier-Villars. 35 (Week of Monday 27 September 1852): 421-424. Archived from the original on 2022-12-03.
Foucault, Léon (1852b). "Mécanique: Sur les phénomènes d'orientation des corps tournants entraînés par un axe fixe à la surface de la Terre. Nouveaux signes sensibles du mouvement diurne". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (بالفرنسية). Gauthier-Villars. 35 (Week of Monday 27 September 1852): 424-427. Archived from the original on 2022-12-03.

المراجع

^ Dyer، S.A. (2004). Wiley Survey of Instrumentation and Measurement. IEEE Press. Wiley. ص. 646. ISBN:978-0-471-22165-4. مؤرشف من الأصل في 2023-03-11. The Foucault gyroscope with the framework suspended on a ligament is considered the original form of the north-seeking gyro.
^ Sommeria، Joël (2017). "Foucault and the rotation of the Earth". Comptes Rendus Physique. Elsevier BV. ج. 18 ع. 9–10: 520–525. Bibcode:2017CRPhy..18..520S. DOI:10.1016/j.crhy.2017.11.003. ISSN:1631-0705.
^ Webster، A.G. (1922). The Dynamics of Particles and of Rigid, Elastic and Fluid Bodies: Being Lectures on Mathematical Physics. The Dynamics of Particles and of Rigid, Elastic, and Fluid Bodies: Being Lectures on Mathematical Physics. G.E. Stechert & Company. ص. 324. Foucault's Gyroscope. Let us now consider the celebrated experiments by which, by means of a gyroscope, Foucault demonstrated the rotation of the earth.
^ Tobin، William (2005). "Probing the fabric of space: from Foucault's gyroscope to Gravity Probe B" (PDF). Southern Stars. ج. 44 ع. 3: 12–14. Bibcode:2005SouSt..44c..12T. ISSN:0049-1640. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2023-03-11. اطلع عليه بتاريخ 2023-03-11.
^ ^ا ^ب Foucault 1852a: "C'est faute d'avoir compris dans son acception véritable la fixité du plan d'oscillation, que beaucoup de personnes se sont fait, de la déviation, une idée inexacte, et ont méconnu sa valeur et son uniformité. Mais, si au plan d'oscillation du pendule on substitue le plan de rotation d'un corps librement suspendu par son centre de gravité et tournant autour d'un de ses axes principaux, on a à considérer un plan physiquement défini et qui possède réellement une fixité de direction absolue. C'est pour réaliser cette conception et en obtenir de nouveaux signes de la rotation de la Terre, que j'ai composé et fait exécuter un nouvel appareil que je puis mettre dès à présent sous les yeux de l'Académie."
^ Bud، R.؛ Warner، D.J. (1998). Instruments of Science: An Historical Encyclopedia. Garland encyclopedias in the history of science. Science Museum, London, and National Museum of American History, Smithsonian Institution. ص. 132. ISBN:978-0-8153-1561-2. مؤرشف من الأصل في 2023-03-11.
^ Foucault 1852a: "Le corps que j'ai choisi de préférence à tout autre pour lui communiquer un mouvement de rotation rapide et durable, est un tore circulaire en bronze monté à l'intérieur d'un cercle métallique dont un diamètre est figuré par l'axe d'acier qui traverse le mobile; le diamètre perpendiculaire est représenté par les tranchants de deux couteaux implantés dans le même alignement sur le contour extérieur du même cercle. Les couteaux sont dirigés de telle sorte, que les tranchants regardant en bas, le plan du cercle et Paxe du tore y compris, soient horizontalement situés. C'est dans cette position, et après avoir imprimé au mobile une grande vitesse, qu'on introduit le système dans un second cercle extérieur où les couteaux trouvent à reposer sur des plans horizontaux ce second cercle vertical est suspendu à un fil sans torsion, et guidé en même temps par des pivots qui préviennent tout mouvement oscillatoire. Si l'axe du tore est très-mobile sur ses tourillons, si son cercle enveloppant est soutenu par ses couteaux dans un état d'équilibre indiffèrent, si enfin le fil qui supporte le tout est réellement sans torsion, il est clair que le tore jouit lui-même d'une entière liberté et qu'il peut pirouetter en tous sens autour de son centre de gravité. Telle est en effet la mobilité de ces différentes pièces dans l'appareil construit par M. Froment, qu'elles s'agitent au moindre souffle et qu'il faut quelque précaution pour les amener sans vitesse dans une position déterminée. Toutefois cette grande mobilité, qui témoigne de l'habileté du constructeur, n'apparaît qu'autant que le corps révolutif reste au repos. Car, dès que le tore est mis en mouvement et déposé en sa place, le système tout entier se consolide dans l'espace avec une énergie remarquable. Dans cet état le corps ne peut plus participer au mouvement diurne qui anime notre globe; et, en effet, bien que son axe, en raison de sa brièveté, semble conserver sa direction première, relativement aux objets terrestres, il suffit d'en approcher un microscope pour constater un mouvement apparent, uniforme et continu, qui lui fait suivre exactement le mouvement de la sphère céleste."
^ Foucault 1852a.
^ Foucault 1852b.
^ Foucault 1852b: "Cette tendance remarquable de l'axe de rotation vers une direction définie, ne laisse pas que de présenter, avec la propriété fondamentale de l'aiguille aimantée, une certaine ressemblance extérieure qui est d'autant plus frappante, que généralement la position d'équilibre autour de laquelle oscille le nouvel instrument est oblique sur l'horizon, ce qui permet de mettre la force directrice en évidence, en opérant soit dans le plan horizontal, comme on le fait avec la boussole de déclinaison, soit dans un plan vertical, comme on le fait aussi avec la boussole d'inclinaison."
^ The Oxford English Dictionary (ط. 2nd). ج. VI. 1989. ص. 985. اطلع عليه بتاريخ 2023-03-11.
^ Foucault 1852b: "L'appareil spécialement destiné à mettre en évidence et à mesurer approximativement la déviation d'un corps tournant en toute liberté, peut servir également à produire et à observer les phénomènes d'orientation que je viens d'énoncer et de décrire. Comme tous ces phénomènes dépendent du mouvement de la Terre et en sont des manifestations variées, je propose de nommer gyroscope l'instrument unique qui m'a servi à les constater."

[Dyer_2004_p._646-1] Dyer، S.A. (2004). Wiley Survey of Instrumentation and Measurement. IEEE Press. Wiley. ص. 646. ISBN:978-0-471-22165-4. مؤرشف من الأصل في 2023-03-11. The Foucault gyroscope with the framework suspended on a ligament is considered the original form of the north-seeking gyro.

[Sommeria_2017_pp._520–525-2] Sommeria، Joël (2017). "Foucault and the rotation of the Earth". Comptes Rendus Physique. Elsevier BV. ج. 18 ع. 9–10: 520–525. Bibcode:2017CRPhy..18..520S. DOI:10.1016/j.crhy.2017.11.003. ISSN:1631-0705.

[Webster_1922_p.-3] Webster، A.G. (1922). The Dynamics of Particles and of Rigid, Elastic and Fluid Bodies: Being Lectures on Mathematical Physics. The Dynamics of Particles and of Rigid, Elastic, and Fluid Bodies: Being Lectures on Mathematical Physics. G.E. Stechert & Company. ص. 324. Foucault's Gyroscope. Let us now consider the celebrated experiments by which, by means of a gyroscope, Foucault demonstrated the rotation of the earth.

[Tobin_pp._12–14-4] Tobin، William (2005). "Probing the fabric of space: from Foucault's gyroscope to Gravity Probe B" (PDF). Southern Stars. ج. 44 ع. 3: 12–14. Bibcode:2005SouSt..44c..12T. ISSN:0049-1640. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2023-03-11. اطلع عليه بتاريخ 2023-03-11.

[Fou1852a-5] ا ^ب Foucault 1852a: "C'est faute d'avoir compris dans son acception véritable la fixité du plan d'oscillation, que beaucoup de personnes se sont fait, de la déviation, une idée inexacte, et ont méconnu sa valeur et son uniformité. Mais, si au plan d'oscillation du pendule on substitue le plan de rotation d'un corps librement suspendu par son centre de gravité et tournant autour d'un de ses axes principaux, on a à considérer un plan physiquement défini et qui possède réellement une fixité de direction absolue. C'est pour réaliser cette conception et en obtenir de nouveaux signes de la rotation de la Terre, que j'ai composé et fait exécuter un nouvel appareil que je puis mettre dès à présent sous les yeux de l'Académie."

[Bud_Warner_1998_p._132-6] Bud، R.؛ Warner، D.J. (1998). Instruments of Science: An Historical Encyclopedia. Garland encyclopedias in the history of science. Science Museum, London, and National Museum of American History, Smithsonian Institution. ص. 132. ISBN:978-0-8153-1561-2. مؤرشف من الأصل في 2023-03-11.

[7] Foucault 1852a: "Le corps que j'ai choisi de préférence à tout autre pour lui communiquer un mouvement de rotation rapide et durable, est un tore circulaire en bronze monté à l'intérieur d'un cercle métallique dont un diamètre est figuré par l'axe d'acier qui traverse le mobile; le diamètre perpendiculaire est représenté par les tranchants de deux couteaux implantés dans le même alignement sur le contour extérieur du même cercle. Les couteaux sont dirigés de telle sorte, que les tranchants regardant en bas, le plan du cercle et Paxe du tore y compris, soient horizontalement situés. C'est dans cette position, et après avoir imprimé au mobile une grande vitesse, qu'on introduit le système dans un second cercle extérieur où les couteaux trouvent à reposer sur des plans horizontaux ce second cercle vertical est suspendu à un fil sans torsion, et guidé en même temps par des pivots qui préviennent tout mouvement oscillatoire. Si l'axe du tore est très-mobile sur ses tourillons, si son cercle enveloppant est soutenu par ses couteaux dans un état d'équilibre indiffèrent, si enfin le fil qui supporte le tout est réellement sans torsion, il est clair que le tore jouit lui-même d'une entière liberté et qu'il peut pirouetter en tous sens autour de son centre de gravité. Telle est en effet la mobilité de ces différentes pièces dans l'appareil construit par M. Froment, qu'elles s'agitent au moindre souffle et qu'il faut quelque précaution pour les amener sans vitesse dans une position déterminée. Toutefois cette grande mobilité, qui témoigne de l'habileté du constructeur, n'apparaît qu'autant que le corps révolutif reste au repos. Car, dès que le tore est mis en mouvement et déposé en sa place, le système tout entier se consolide dans l'espace avec une énergie remarquable. Dans cet état le corps ne peut plus participer au mouvement diurne qui anime notre globe; et, en effet, bien que son axe, en raison de sa brièveté, semble conserver sa direction première, relativement aux objets terrestres, il suffit d'en approcher un microscope pour constater un mouvement apparent, uniforme et continu, qui lui fait suivre exactement le mouvement de la sphère céleste."

[FOOTNOTEFoucault1852a-8] Foucault 1852a.

[FOOTNOTEFoucault1852b-9] Foucault 1852b.

[10] Foucault 1852b: "Cette tendance remarquable de l'axe de rotation vers une direction définie, ne laisse pas que de présenter, avec la propriété fondamentale de l'aiguille aimantée, une certaine ressemblance extérieure qui est d'autant plus frappante, que généralement la position d'équilibre autour de laquelle oscille le nouvel instrument est oblique sur l'horizon, ce qui permet de mettre la force directrice en évidence, en opérant soit dans le plan horizontal, comme on le fait avec la boussole de déclinaison, soit dans un plan vertical, comme on le fait aussi avec la boussole d'inclinaison."

[OED-11] The Oxford English Dictionary (ط. 2nd). ج. VI. 1989. ص. 985. اطلع عليه بتاريخ 2023-03-11.

[12] Foucault 1852b: "L'appareil spécialement destiné à mettre en évidence et à mesurer approximativement la déviation d'un corps tournant en toute liberté, peut servir également à produire et à observer les phénomènes d'orientation que je viens d'énoncer et de décrire. Comme tous ces phénomènes dépendent du mouvement de la Terre et en sont des manifestations variées, je propose de nommer gyroscope l'instrument unique qui m'a servi à les constater."

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