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莱昂·傅科

傅科

莱昂·傅科(Jean Bernard Léon Foucault,IPA:/ʒɑ̃ bɛʁnaʁ leɔ̃ fu'ko/,1819年9月18日出生于法国巴黎,1868年2月11日逝世于巴黎)是一位法国物理学家,他最著名的发明是显示地球自转的傅科摆。除此之外他还曾经测量光速,发现了涡电流。他虽然没有发明陀螺仪,但是这个名称是他起的。在月球上有一座以他命名的撞击坑。

 

生平简介

 

法国物理学家。早年学习外科和显微医学,后转向照相术和物理学方面的实验研究。1853年由于光速的测定获物理学博士学位,并被拿破仑三世委任为巴黎天文台物理学教授。因为他博学多才,有多项发明创造,因此受各国科学界垂青,1864年当选为英国皇家学会会员,以及柏林科学院、圣彼得堡科学院院士。1868年被选为巴黎科学院院士。1868年2月11日逝世于巴黎,终年49岁。

 

早年

 

傅科的父亲是巴黎的一名出版商。他主要接收家庭教育,此后学医。但是他很快就放弃了医学学习,改学物理,原因是因为他怕血。他最初的工作在于改善路易·达盖尔的摄影技术。此后他三年中他任显微镜解剖学的教课助手。

他与斐索一起进行了一系列研究来探索太阳光的强度,作为对比他使用弧光灯的碳和钙的火光。他还研究了红外线的衍射、光在不同长度上的却别以及不同颜色的光的极化。

 

中年

 

1851年傅科通过在巴黎先贤祠悬挂一枚很长的重摆显示了地球的自转,此举成为吸引了许多的观众,这是首次动力学地证明地球的自转。数年后他又命名了陀螺仪。1855年他成为王家巴黎天文台的物理学家,同年皇家学会因为他“杰出的实验研究”授予他科普利奖。

1855年9月他发现要驱动一个铜盘旋转所需要的力必须加大假如该铜盘位于一个磁铁的两极之间的话,同时该铜盘会由于金属内引导出来的涡电流而被加热。

1857年傅科发明了以他命名的偏光镜。次年他发明了一个测量望远镜的反光镜形状的方法。使用这个方法制镜人可以检查一面反光镜是否是标准球形的。1862年他测量到光速为298,000千米每秒,与精确值差仅0.6%。

Diagram of a variant of Foucault's speed of light experiment where a modern laser is the source of light

 

晚年

 

同年他成为经度管理局的工作人员,获得法国荣誉军团勋章。1864年他成为伦敦皇家学会院士。1865年他发表年]]他发表了改善詹姆斯·瓦特的蒸汽机的论文,目的在于使得其运行更加稳定,此外他发表了调解电光的机器的论文。此年他显示通过在望远镜的物镜玻璃表面镀一层非常薄的银层天文学家可以直接观测太阳,避免眼睛受伤。

 

逝世

 

1868年2月11日傅科可能因发展迅速的多发性硬化症逝世。他被葬于蒙马特尔公墓。

Grave of Jean Bernard Léon Foucault on Cimetière de Montmartre

 

科学研究

 

傅科的一生对物理学有多方面的重要贡献,尤其在力学、光学、电学方面更为突出。他的研究工作偏重于仪器的制备、新实验方法的设计,以及对物理量的精确测量。他的最出色的工作是光速的测定、“傅科摆”实验以及提出涡电流理论。

1850年,傅科采用旋转镜法,测量了光在空气和在水中的速度,差不多和菲佐在同一时期首创了在实验室测定光速的方法。1862年傅科改进了原有的实验装置,加装了一套推动圆周屏的轮系统,以便准确量度旋转镜的旋转速度,又使光经过几次反射,加长了光经过的路程,以便准确量度光经过此路程的时间。由此测得光在空气中的速度为289000千米每秒。后来,他把自己的工作写成题为《光速的实验测定:太阳的视差》的文章,于1862年发表在《法兰西科学院周报》第55卷上。傅科对光速的测量为光的波动理论的胜利提供了有力的证据。同年他被授予荣誉骑士二级勋章,并被聘为经度局成员。

1851年,傅科进行了著名的傅科摆实验。他根据地球自转的理论,提出除地球赤道以外的其他地方,单摆的振动面会发生旋转的现象,并付诸实验。他选用直径为30厘米、重28千克的摆锤,摆长为67米,将它悬挂在巴黎万神殿圆屋顶的中央,使它可以在任何方向自由摆动。下面放有直径6米的沙盘和启动栓。如果地球没有自转,则摆的振动面将保持不变;如果地球在不停地自转,则摆的振动面在地球上的人看来将发生转动。当人们亲眼看到摆每振动一次(周期为16.5秒),摆尖在沙盘边沿画出的路线移动约3毫米,每小时偏转11°20'(即31小时47分回到原处)时,许多教徒目瞪口呆,有人甚至在久久凝视以后说:“确实觉得自己脚底下的地球在转动!”这一实验又曾移到巴黎天文台重做,结论相同。后又在不同地点进行实验,发现摆的振动面的旋转周期随地点而异,其周期正比于单摆所处地点的纬度的正弦,在两极的旋转周期为24小时。振动面旋转方向,北半球为顺时针,南半球为逆时针。以上实验就是著名的傅科摆实验,它是地球自转的最好证明。由此,傅科被授予荣誉骑士五级勋章。

傅科

 

影响

 

1855年,傅科发现在磁场中的运动圆盘因电磁感应而产生涡电流,被称为“傅科电流”。这是傅科在电磁学方面的重要发现。同年,他被英国皇家学会授予科普利奖章。

傅科在其他方面的贡献还有:1845~1847年间,傅科和菲佐合作,改进了达盖尔的照相技术,并把它应用于天文摄影;1847年,改进了惠更斯的锥摆钟,而制成了傅科钟,后来用它测定地球的转动;1848年,发现当日光通过合钠盐的碳弧焰时,在其光谱的钠D线处,出现两条黑线,后来知道,这就是钠的吸收光谱;1852年发明了回转仪,并发现了回转罗盘效应;1855年设计了光度计;1857年创制了“傅科棱镜”,用于偏振光的研究并提出用镀银玻璃反射镜代替金属反射镜;1858年,又设计了反射式望远镜的椭球面镜;1860年发明了定日镜的跟踪系统。

傅科对物理实验有着特殊的兴趣和爱好,他思路巧妙,工艺精湛,动手能力极强,再加上他的勤奋努力,致使在短暂的一生中,有多方面的发明创造,为实验物理学做出了重大的贡献。

 

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