フーコーの振り子の模型を作りたい！

質問

こんにちは。先日、日本一大きいフーコーの振り子を見たのですが、自分で模型を作って、それを自由研究に（テーマがころころ変わるなぁ）しようと思っています。
　出来れば２ｍほどの（糸の長さが）を作りたいのですが、一番よく分からないのは、支点（一番上の固定する部分）をどんな形にするか、です。福済寺（フーコーの振り子があるところ）の方は「難しい装置」とおっしゃっていましたが、昔、「フーコーの振り子を作ったよ！」という記事があったような気がして・・・

　素人では出来ないのでしょうか？材料、作り方、観察法法などを詳しく（出来るだけ簡単に）教えていただけると幸いです。

　どうか、ご回答をお寄せください。

回答No.4

abyssinian · ベストアンサー

２ｍでもできるよ。フーコー自身も最初は室内の小型で実験していたのをよく調べたね。フーコーがあんなに超大型を作ったのは、貴族や裕福層にアピールする目的が大きかったのです。
あんな超大型にして観測精度が向上したかと言えば、実は駄目だったのです。
　しかし見せ物としての効果は絶大だった。フーコーは自己アピールや世渡りが上手だった事で歴史的に有名です。その後、パトロンに見せるために、振り子をあきらめてジャイロスコープに変えたけど、やはり良い結果は出ないまま終わったのです。このあたりは一般には知られてないけど。

　大型の振り子でも、振動はどんどん減衰します。大きくても朝に動かしたのが夕方まで続くわけが無い。
それをおぎなうために電磁石が使われている。

　教材の実例を見よう。
http://search.12rikachan.com/cgi-bin/lookup?type=teacher&method=list&id=109223043522114&sid=109223043522114&sequence=1&page=0&operation=clearpush&keyword=%83t%81%5B%83R%81%5B&price_min=&price_max=&x=0&y=0
　この、フーコー振り子 FF-88T という名前のところを左クリック。
この振り子の長さは１ｍです。値段がすごいのは理科教材だからなんだけど、電気時計の電子回路が使われてる。これを知らないで作るアマチュアは挫折するみたいです。
君にもこれが壁だと思う。

　試算をしてみると、
長崎市は北緯32度。振り子が１日に回る角度は、360×sin32度=191度。１度うごく時間は１日÷191=(24×60分)÷191=7.5分。　振り子2mの周期は2.8秒。だから約160回振れて１度動く。自然のままの振動は数百回も続かないよね。

支点は、ナイフエッジという方法です。天秤などで普通に使われてるので検索してください。支点の機械摩擦で精度が決まります。自作は無理なのでジャンクから流用するしかないです。君が工作が得意かどうかによるね。

　まとめると、振動の減衰は電子回路でクリアーできる。（アンティークショップによくある数十年昔の、振り子式「電気」時計と原理は同じです。）そして精度は電子回路と支点の両方で決まる。大きすぎて重いのは支点で苦労する。しかし、展示で見栄えするのは巨大な振り子。それはオブジェ的な価値だ。

　フーコーの歴史。
http://www.calacademy.org/products/pendulum/
　最初のページの途中、
Mark II Foucault Pendulum: Mark II Pendulum Specifications (1.0 MB PDF updated 08/10/2004)
に、フーコーの大型マシンの詳細のpdfファイルがあります。円環型の電磁石が、ロープの途中にある鉄円盤を、近付いたときに少しの時間だけ電気を通して、引っ張っています。つまり巨大な電気時計だったのです。そしてこの時代、その電気的な精度が壁だった。

　君にお進めしようか、と思うのは、理科教材サイトの「製作中止　フーコー振り子実験器 Ａ 」なんだけど。
じつは僕が高校の頃「緯度によって回る角度が異なる」のがどうしても理解できないときに、これと同じ、板にピアノ線立てて重りを付けただけの模型を作ってもらって、すごい分かった気分になったやつなんです。おんなじ物が商品になってるんでびっくりした。
　天文とは少しちがい?かもだけど、見る人が見れば立派に天文の分野だと思うんだ。計画して、材料買って、作って、レポート書いて、他の課題もあると思うんで、時間的に丁度かも。

お礼

詳しく教えていただいてありがとうございました。やはり無理でした。一応挑戦はしたんですけど・・・まぁどうにかなってしまったんです^^;
　でも非常に参考になりました。ありがとうございました。

回答No.6

abyssinian

訂正。NO4でフーコー時代のオリジナルは電磁石は
使ってません。消し残りが変につながってました。

回答No.5

sunspot_number

地学団体研究会編「自然をしらべる地学シリーズ　星と天気」東海大学出版会
この本にフーコーの振り子の作り方が載っています。この本は今でも大きな本屋に並んでいます。
学校の階段の空間を利用して長さを稼ぎます。階段の所って下から上を見上げたら建物の天井が見えますよね。
あとやはり摩擦の少ない支点の作り方が重要なポイントになるでしょう。錘の形状の理想は空気抵抗の少ない球です。

決して長さ2mのを否定するつもりで書いているわけではありませんのでどうぞ誤解なきよう。
実験はやる前にあきらめていたらいけないと思います。まずは2mのを作ってもしうまくいかなければどこが問題なのか、その問題点をどういう対処（改良）で乗り越えるかそこのところが大事だと思います。
頑張って下さい。

お礼

ご回答ありがとうございました。図書館や書店等で検索して見たのですが、どちらも置いていませんでした・・・家が田舎の方で・・・でも、書店で参考になる本を見つけることが出来ましたので^^ありがとうございました。

回答No.3

nabla

下記ＵＲＬは実際にフーコーの振り子をやったという人のページです。
　それを見て「これは無理だ」と思うか「やってやる」と思うかはあなた次第ですが…

参考URL：

http://village.infoweb.ne.jp/~fwga4903/kaihou/pantheon.htm

回答No.2

nabla

残念ですが自作の振り子でフーコーの実験を行うのはかなり無理があると思います。
　フーコーの振り子はコリオリの力という力を受けてその動く方向を変えるのですが、コリオリの力は非常に小さい力で台風などの気象現象クラスにならないとその影響はほとんどあらわれません。
　よほど大きな振り子を作らなければ振り子の振れる方向が変わるのを観察する前に空気抵抗などで止まってしまうでしょう。

補足

やっぱり自宅では無理ですか・・・でも、フーコーさんは始め、２ｍ（６．５フィート）で始められたのではないのですか。もしかしてそれで結果が出なかったとか・・・
　絶対に無理でしょうか・・・夏休みも少なくなってきたのでそろそろ始めないと間に合わないんです（スミマセン）。
　長さを伸ばさずしても、観察がしやすくなる方法はないのでしょうか？やはり振り子の速さに重要な働きをもつ「糸の長さ」が変わらないと無理でしょうか・・・

回答No.1

nota55

作った事はないですが，単純に考えて
「振り子の動く向きが変わったときに糸がよれない」
というような仕組みは必須なんじゃないでしょうか。

釣りで使う「ヨリモドシ」みたいなイメージです。

しかし素朴な疑問として，2m程度で期待通りの動きを
するのかな。

国立科学博物館では21m，フーコーが作ったものは67m
だったそうですが。

お礼

そうですよね・・・実は私の住む町のすぐ近くに、世界で三番目に大きいフーコーの振り子があるんです。それを見学に行ったのですが、やはり格が違いました^^;
　糸がよれないように、特殊な装置を使っているそうです。残念だなぁ・・・
　とにかく、お答えありがとうございました。