푸코의 진자로 증명하는 지구의 자전

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지구의 자전을 증명하는 ‘푸코(Foucault)의 진자’

 

 

해가 동쪽에서 뜨고 서쪽으로 지는 것은 지구가 자전하고 있기 때문이다. 다른 방법으로 지구가 자전하고 있는 것을 확인할 방법은 없을까? 프랑스의 물리학자 레옹 푸코(Jean Bernard Leon Foucault 1819-1868)는 파리에 있는 판테온 성당의 돔 천정에 ‘푸코의 진자’(Foucault's Pendulum)로 알려진 긴 진자(振子)를 설치하여, 그것이 흔들리며 운동하는 모양을 관찰함으로써 지구가 자전하고 있다는 것을 1851년에 증명했다.

 

'진자'란 긴 줄 끝에 무거운 추를 달아 자유롭게 흔들리도록 만든 것이다. 푸코가 설치한 진자가 특별했던 것은, 규모가 크고, 추를 매단 줄의 꼭지 부분이 어느 방향으로든 움직일 수 있도록 만들었다는 것이다. 그의 진자는 67m 길이의 줄에 28kg 무게의 대포알을 추로 단 것이었다. 추의 아래 바닥에는 모래를 깔았고, 추 끝에 바늘을 장치하여 추가 흔들리는 대로 모래에 자국을 만들도록 했다.

 

진자의 추를 한쪽으로 당겼다가 놓으면 반대 방향으로 갔다가 다시 돌아오는 운동을 되풀이 한다. 푸코의 진자는 왕복하면서 모래 위에 마치 두 날개 프로펠러가 돌아가는 모양의 자국을 만들었다. 푸코의 진자는 흔들리면서 1시간에 각도 11도씩 시계방향으로(남반구에서는 시계 반대방향) 돌았으며, 완전히 1바퀴 도는 데는 32.7시간이 걸렸다.

 

이렇게 진자가 흔들리면서 회전한 이유는 진자 아래의 지구가 자전하고 있기 때문이다. 만일 진자를 북극이나 남극에 설치한다면, 그 진자는 하루에 1바퀴씩 돈다. 그러나 적도상에서는 돌지 않고 한 방향으로만 왕복하여 흔들린다. 진자는 1주하는데 걸리는 시간이 설치된 위도에 따라 달라진다. 진자가 1시간 동안에 이동하는 각도 알파 = 15×sinQ이다. Q는 진자가 설치된 지역의 좌표상의 위도를 나타낸다. 푸코의 진자가 설치된 레옹 성당은 북위 48.52도에 위치하고 있다.

 

 

 

 

푸코의 진자가 설치된 레옹 성당은 세계의 명소이다. 물리학자 푸코는 반사망원경에 사용하는 오목거울이 완전한 구형으로 제작되었는지 확인하는 실험방법인 ‘푸코 테스트’를 개발하기도 했다. 달의 운석공 중에는 푸코의 이름을 딴 것이 있다.

 

 

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