Foucault Pendulum

posted on 15 May 2006 09:06 by zedth in Navy-Story


Foucault Pendulum ที่ กรมอู่ทหารเรือ ป้อมพระจุลจอมเกล้า

หากใครเคยเข้าไปที่ตึกกองบัญชาการ ของ กรมอู่ทหารเรือ ป้อมพระจุลจอมเกล้า ที่สมุทรปราการ ก็คงจะแปลกใจและสงสัย ว่าลูกเหล็กที่ห้อยลงมาจากเพดาน ของอาคารหลังนี้นั้นคืออะไร ทีแรกผมเองยังนึกว่าเป็น เครื่องมือที่ใช้วัดความเอียงของตึกว่า ตึกมีการทรุดตัวไปทางใดทางหนึ่งหรือเปล่า แต่ผมก็คาดผิด เพราะว่าเมื่อเดินเข้าไปดูป้ายคำอธิบายแล้วก็พบว่ามันคือ Foucault Pendulum

Foucault Pendulum อ่านว่า ฟู-โก้-เพ็น-ดู-ลั่ม ครับ เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ในแขนงวิชาดาราศาสตร์ ส่วนประกอบของมัน ประกอบด้วย ลูกตุ้ม (เรียกว่า บ๊อบ : bob ) ผูกด้วยเส้นลวด แขวนอยู่บนเพดาน เจ้าเครื่องมือชนิดนี้ ถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรก โดยนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสที่ชื่อว่า Jean Bernard Leon Foucault เพื่อพิสูจน์ทฤษฎีที่ว่า โลกหมุนรอบตัวเอง

ก่อนหน้าที่ ฟูโก้ จะทำการพิสูจน์ให้ผู้คนในประเทศฝรั่งเศสได้เห็นว่า โลกนั้นหมุนรอบตัวเอง ความเชื่อของคนทั้งโลกต่างเชื่อว่าโลกแบน และเป็นศูนย์กลางของจักรวาล จนกระทั่ง หกร้อยปีก่อนคริสตกาล ได้มีนักคิดชื่อว่า Aristarchus of Samos ได้คิดว่า โลกนั้นหมุนรอบตัวเอง แต่ตอนนั้นไม่มีใครเชื่อเขา เพราะเขาไม่สามารถพิสูจน์แนวความคิดนี้ได้ และในอีก 2000 ปี ต่อมา คือในราว ๆ ปี ค.ศ. 1543 นักดาราศาสตร์นาม Nicolaus Copernicus ก็ได้เสนอแนวความคิดว่าโลกหมุนรอบตัวเอง โดยมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของจักรวาล ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดกลางวัน และ กลางคืน แต่ถึงกระนั้นก็ยังไม่มีใครเชื่ออยู่ดี จนในอีก 300 ปีต่อมา จึงเริ่มมีนักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มเชื่อในสมมติฐานนี้และพยายามหาข้อพิสูจน์สมมติฐาน ด้วยวิธีการต่าง ๆ นานา เช่น การโยนหินลงไปในหลุม หรือ การยิงปืนใหญ่จากทิศเหนือไปทิศใต้ ซึ่งก็ให้ผลลัพธ์แค่พอเชื่อได้ว่า สมมติฐานที่ว่าโลกหมุนรอบตัวเองนั้นน่าจะเป็นจริง แต่ความผิดพลาดจากปัจจัยอื่น ๆ ก็ยังมากเกินกว่าจะยอมรับได้

จนกระทั่งในปี ค.ศ. 1851 ฟูโก้ ก็ได้ประดิษฐ์ Pendulum ขึ้น เพื่อพิสูจน์ว่าโลกหมุนรอบตนเอง โดยแนวความคิดของเขาก็คือ เมื่อเราแกว่งลูกตุ้มไปในแนวแกนหนึ่ง ลูกตุ้มจะเคลื่อนที่กลับไปกลับมาอยู่ในแนวแกนนั้นจนกว่าจะมีแรงในทิศทางอื่นมากระทำ ลูกตุ้มจึงจะเหวี่ยงตัวออกจากแนวแกนเดิม แต่ในการทดลองที่ ฟูโก้ แสดงให้เห็นนั้น เมื่อเวลาผ่านไปครึ่ง ถึง หนึ่งชั่วโมง ลูกตุ้มมีการเคลื่อนที่ออกจากแนวแกนเดิม โดยมิได้มีแรงใด ๆ ไปกระทำต่อลูกตุ้มนั้นเลย นั่นแสดงให้เห็นว่า พื้นผิวโลกมีการเคลื่อนที่ออกไปจากแนวเดิม การที่เราเห็นว่าแนวแกว่งตัวนั้นเปลี่ยนแปลงไปจากเดิมนั้น จริง ๆ แล้ว การแกว่งตัวของลูกตุ้มยังคงแกว่งตัวในแนวเดิม เพราะไม่มีแรงใดไปกระทำต่อลูกตุ้ม แต่เพราะการหมุนของโลกต่างหาก ที่ทำให้ดูเหมือนว่า ลูกตุ้มมีการแกว่งตัวเปลี่ยนไปจากเดิม

โดยในครั้งแรก เขาได้สร้าง Pendulum ขึ้นจาก ลูกตุ้มทองเหลือง หนัก 11 ปอนด์ ผูกติดกับเส้นลวดยาว 6 นิ้วครึ่ง และในครั้งที่สองเขาได้เพิ่มความยาวของลวดขึ้นเป็น 36 ฟุต เพื่อที่จะทำให้สามารถสังเกตการเคลื่อนที่ของลูกตุ้มได้ชัดเจนมากขึ้น เพราะการแกว่งตัวจะช้าลง และในการทดลองครั้งที่สาม เขาได้ใช้ลูกตุ้มเหล็กหนัก 61 ปอนด์ กับลวดเหล็กยาว 220 ฟุต และค้นพบว่า แนวการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก ณ จุดที่ทดสอบนั้น มีการเปลี่ยนแปลงไป 270 องศา ใน 24 ชั่วโมง


Foucault Pendulum ในวิหาร Pantheon กรุงปารีส
ซึ่งเป็นสถานที่ทดลองในครั้งที่สาม
(ภาพถ่ายโดย Michael Reeve)

องศาการเคลื่อนตัวของ Pendulum ใน 24 ชั่วโมงนั้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่งที่ทำการทดสอบ ตามองศาของจุดทดสอบ กับแนวแกนของโลก ที่ขั้วโลกเหนือ Pendulum จะเคลื่อนตัวเท่ากับ 360 องศา ใน 24 ชั่วโมงพอดี และที่เส้นอิเควเตอร์ (เส้นแบ่งครึ่งโลกในแนวขวางแกนโลก) แนวการแกว่งของ Pendulum จะไม่เปลี่ยนแปลงเลย ส่วนที่จุดอื่น ๆ ระหว่าง แกนโลกกับเส้นอิเควเตอร์ จะเป็นไปตามสูตร n=360 sin Ø โดยที่ n = องศาที่ Pendulum เปลี่ยนแปลงไป และ Ø = latitiude (ระยะทางเชิงมุม ระหว่างจุดที่ทดสอบ กับเส้นอิเควเตอร์)

  Foucault pendulum animated
animation by DemonDeLuxe (Dominique Toussaint)

บางคนเมื่ออ่านมาถึงตรงนี้อาจจะสงสัยว่า ฟูโก้ แน่ใจได้อย่างไรว่า ลูกตุ้มนั้นไม่มีแรงอื่นใดมากระทำให้เคลื่อนตัวออกไปจากแนวเดิม เป็นไปได้ไหมว่า ลมจะพัดให้ลูกตุ้มเคลื่อนที่ไปได้ ข้อสันนิษฐานนี้ เป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจาก ลูกตุ้มนั้นมีน้ำหนักมาก สายลมภายในอาคารไม่สามารถพัดให้ลูกตุ้มนั้นขยับได้อย่างแน่นอน ส่วนแรงอื่น ๆ เช่น แรงโน้มถ่วงของโลก , น้ำหนักของลวด , แรงต้านอากาศ , การสั่นไหวของอาคารที่แขวน Pendulum ล้วนแล้วแต่เป็นแรงที่กระทำอยู่ในแนวแกนที่ Pendulum เคลื่อนที่ทั้งสิ้น ซึ่งไม่มีผลทำให้ Pendulum หมุนแต่อย่างใด

สำหรับในประเทศไทย ผมไม่แน่ใจว่าที่ไหนจะมี Foucault Pendulum อีกบ้าง แต่ตั้งแต่เกิดมาก็เพิ่งจะเคยเห็นที่ กรมอู่ทหารเรือ ป้อมพระจุลจอมเกล้า จังหวัด สมุทรปราการ นี่แหละครับ สำหรับ Foucault Pendulum ของที่นี่ ลูกตุ้มทำด้วยเหล็ก หนัก 20.16 ปอนด์ หรือ 9 กิโลกรัม ส่วนลวดยาว 34.45 ฟุต หรือ 10.5 เมตร ซึ่งก็สูงประมาณตึกสามชั้น ใครที่ไม่เคยเห็นของจริง มาดูได้ที่นี่เลยครับ


Foucault Pendulum ที่ กรมอู่ทหารเรือ ป้อมพระจุลจอมเกล้า

ป.ล.1 ขอขอบคุณข้อมูลจาก California Academy of Sciences

ป.ล.2 ดูรูปประกอบเพื่อเสริมความเข้าใจได้ ที่นี่ ครับ

ป.ล.3 อ่านเรื่องราวในเชิงลึกของ Foucault Pendulum ได้ ที่นี่ ครับ

Comment

Comment:

Tweet

เก่งจัง

#9 By +แฟนทหารเรือ+ (202.183.196.210 /172.29.15.32) on 2007-07-21 10:47

วิชาที่มึนที่สุดในการเรียนเดินเรือแล้ว เปิดหนังสือ 4-5เล่มใหญ่เพื่อคำนวณโจทย์ข้อเดียว

#8 By Lastwaltz on 2006-05-16 19:42

วันนี้พี่ชาย เอารูปอะไรมาให้ดู

แปลกๆอีกแว้ว เกิดมาก้อพึ่งจะเคยเห็นเหมือนกานค่ะ

#7 By ♪~❤~Minmin~❤~♪ on 2006-05-16 15:53

สวยดีและก็มีประโยชน์ด้วยนะคะ

#6 By daranee on 2006-05-16 15:43

ได้ความรู้แฮะ
ขอบคุณค่ะพี่ชาย

#5 By เมพหมี shakri on 2006-05-16 15:16

ได้ความรู้วันละนิด อ่านแล้วเพลินๆ

ปล..เพิ่งเข้ามายิ้มๆให้นะคะ ตามอ่านเอนทรี่เก่าอยู่นะคะ คุณ ชาย

ยิ้มๆนะคะ ยิ้มๆอยู่ไหมคะ อืม..ยังคิดมากอยู่ไหมอ่ะคะ..ยิ้มๆนะคะ คุณ ชาย

ขอตัวไปทำงานก่อนนะคะ

#4 By ท้องฟ้า on 2006-05-16 15:07

thx for ความรู้ประดับหัวสมองทื่อๆของข้าพเจ้า
โอ้... ลึกซึ้ง ล้ำลึก
เรื่องที่เราไม่รู้มีเยอะเลยเนอะ
ให้ความรู้สึกเหมือนอ่านดาวินชี code เลย

#2 By namwarn on 2006-05-16 13:55

กว่าคนจะเชื่อว่าโลกหมุนรอบตัวเองรวมๆตั้งเกือบ 3000 ปี เลยอะ

#1 By Catch me if u can (58.8.6.202) on 2006-05-16 13:22

Facebook