JPH0230507B2 - - Google Patents
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- JPH0230507B2 JPH0230507B2 JP57022395A JP2239582A JPH0230507B2 JP H0230507 B2 JPH0230507 B2 JP H0230507B2 JP 57022395 A JP57022395 A JP 57022395A JP 2239582 A JP2239582 A JP 2239582A JP H0230507 B2 JPH0230507 B2 JP H0230507B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、フーコー振子の実験装置に関する
ものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a Foucault pendulum experimental device.
フーコー振子とは、単振動の振動面に対する地
球自転の影響を調べるために用いられる振子であ
る。 A Foucault pendulum is a pendulum used to investigate the effect of Earth's rotation on the plane of simple harmonic vibration.
地球表面上に設置される振子の振動面は、地球
の自転の影響により北半球では上から見て時計の
針方向に回転し、緯度の地点における毎時の回
転角θは、
θ=15゜sin
式で計算される。J.Foucanltは1851年絃の長さ67
mに28Kgの振子をつるして実験を行い地球自転の
証拠としたものである。 The vibration plane of a pendulum installed on the earth's surface rotates in the direction of the clock hands in the northern hemisphere when viewed from above due to the influence of the earth's rotation, and the hourly rotation angle θ at a latitude point is given by the formula θ=15°sin It is calculated by J. Foucanlt in 1851 string length 67
An experiment was carried out by hanging a 28 kg pendulum from the center of the earth, and it was used as evidence of the earth's rotation.
従来かかる実験を行う場合、特に長時間の実験
において、振幅を一定に維持することが困難であ
り、理論値と実験値の整合を図り得ないものであ
つた。 Conventionally, when conducting such experiments, it has been difficult to maintain the amplitude constant, especially in long-term experiments, and it has been impossible to match theoretical values with experimental values.
フーコー振子の必要的条件として、
単振動であること。即ち寄生振動を生じない
こと。 A necessary condition for a Foucault pendulum is that it is a simple harmonic motion. In other words, no parasitic vibrations should occur.
単振動面が固定支点からおろした鉛直線を中
心に360゜回転自在であること。 The simple vibration plane must be able to rotate 360° around a vertical line drawn from a fixed fulcrum.
長時間一定の振幅を維持すること。 To maintain a constant amplitude for a long time.
が挙げられる。can be mentioned.
本発明は、上記条件を満足しかつ長時間にわた
る実験値が理論値と整合する小型フーコー振子実
験装置を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a small-sized Foucault pendulum experimental device that satisfies the above conditions and allows long-term experimental values to match theoretical values.
この発明は一点から磁力を発揮しかつ振糸の上
端を固定する固定支点からおろした鉛直線を中心
に同心円上においては同一の磁力による吸引力を
振子に及ぼすように電磁石を設置し、
振動する振子が前記鉛直線に向う道程において
一定区間のみ電磁コイルに信号を入力し、振子に
対して吸引力を作用するようにした電磁力制御装
置を設けたことを特徴とする。 In this invention, an electromagnet is installed so that magnetic force is exerted from a single point, and an attractive force of the same magnetic force is exerted on a pendulum on a concentric circle centered on a vertical line taken down from a fixed fulcrum that fixes the upper end of the swinging string, and the pendulum vibrates. The present invention is characterized in that an electromagnetic force control device is provided which inputs a signal to an electromagnetic coil only in a certain section of the pendulum's journey toward the vertical line, and applies an attractive force to the pendulum.
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。 An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図において振子を支持する固定支点1は、
ネジ止め(図示されてない)で振糸2の長さ調節
可能としてある。 In Fig. 1, the fixed fulcrum 1 that supports the pendulum is
The length of the swinging thread 2 can be adjusted by screwing (not shown).
シヤロン環3の内径中心を固定支点1からおろ
した鉛直線上に一致させ固定支点1の下に配置し
てある。シヤロン環とは、振子の寄生振動を防止
するためのものであり、円形穿孔を有するリング
状のものである。該円形穿孔を半径は振糸の振幅
よりわずかに小なるものである。本発明において
は、より理論値との整合する実験値を追求するた
め、シヤロン環内周断面を略三角形状とし、振糸
がシヤロン環に接触することに起因して発生する
振子への副次的作用を極力防止すべく、振糸2
と、シヤロン環3との点接触を図つている。 The center of the inner diameter of the shearon ring 3 is arranged below the fixed fulcrum 1 so that it coincides with a vertical line drawn down from the fixed fulcrum 1. The Sharon ring is for preventing parasitic vibrations of the pendulum, and is ring-shaped with a circular perforation. The radius of the circular perforation is slightly smaller than the amplitude of the swinging thread. In the present invention, in order to pursue experimental values that are more consistent with theoretical values, the inner circumferential cross section of the Searon ring is made into a substantially triangular shape, so that the side effects on the pendulum that occur due to the swinging thread coming into contact with the Searon ring are reduced. In order to prevent the effect as much as possible,
, and is trying to make point contact with the Syaron ring 3.
振子4は球状体をしており、その上端に振糸2
を連結し、振子4下端に円錐状突起5と該突起5
基端外周に内周状反射面6とをそれらの中心点が
振子4の軸線を中心として設けてある。 The pendulum 4 has a spherical shape, and a swinging thread 2 is attached to the upper end of the pendulum 4.
A conical protrusion 5 and a conical protrusion 5 are connected to the lower end of the pendulum 4.
An inner circumferential reflective surface 6 is provided on the outer periphery of the base end, with the center point thereof being centered on the axis of the pendulum 4.
振子4の形状は円形状、載頭円錐状等振子とし
ての機能を有する形状のものであればよい。 The pendulum 4 may have any shape as long as it functions as a circular or truncated conical pendulum.
突起5は磁性体金属たとえば鉄で構成する。振
子球全体を磁性体金属をもつて構成しても数時間
程度の実験においては精度上の支障はない。 The protrusion 5 is made of a magnetic metal such as iron. Even if the entire pendulum sphere is made of magnetic metal, there will be no problem in accuracy during experiments lasting several hours.
しかし本発明の指向する長時間高精度の実験値
を得るために振子4本体は非磁性体金属たとえば
真鍮を素材として構成し、かつ磁性体金属で構成
される突起5の先端を円錐状形状のものとして副
次的作用の発生を極力防止するものである。 However, in order to obtain long-term, high-precision experimental values as directed by the present invention, the main body of the pendulum 4 is made of a non-magnetic metal such as brass, and the tip of the protrusion 5 made of a magnetic metal is shaped like a cone. The aim is to prevent the occurrence of side effects as much as possible.
また本実施例において振子4の突起5の先端を
円錐形状としたのは、電磁石の吸引力をその円錐
形尖端をもつて受け、より精度の高い実験測定値
を得ようとする意図でもある。 Furthermore, in this embodiment, the tip of the protrusion 5 of the pendulum 4 is made into a conical shape with the intention of receiving the attractive force of the electromagnet with the conical tip and obtaining more accurate experimental measurements.
角度表示目盛板7は上記鉛直線を中心として角
度表示されている。 The angle display scale plate 7 displays angles centered on the above-mentioned vertical line.
振子4の下に設けられる励振制御装置は電磁石
8と電磁力制御装置とからなる。 The excitation control device provided below the pendulum 4 consists of an electromagnet 8 and an electromagnetic force control device.
上方に向けられた電磁石のコアの尖端8′は円
錐状としてあり、かかる尖端は上記鉛直線上に合
致し、かつ静止状態の振子4に近接して設けられ
ている。 The upwardly directed tip 8' of the electromagnetic core is conical and is located on the vertical line and close to the stationary pendulum 4.
電磁石のコアの尖端8′の形状は、かかる尖端
を中心として同心円上において同一の電磁力を作
用するものであれば、他の形状のものについても
本発明の均等のものとして含まれるものである。 The shape of the tip 8' of the core of the electromagnet may be other shapes as long as they exert the same electromagnetic force on concentric circles around the tip. .
電磁力制御装置は発光体10と受光体11及び
電磁コイル9への通電を制御する電気回路12か
らなる。 The electromagnetic force control device includes a light emitter 10, a photoreceptor 11, and an electric circuit 12 that controls energization of the electromagnetic coil 9.
発光体10と受光体11は振動する振子4が電
磁石のコア尖端8′を通過する直前に、前記反射
面6により反射された光線を受光するように上記
電磁石8近傍に設けてある。 The light emitting body 10 and the light receiving body 11 are provided near the electromagnet 8 so as to receive the light beam reflected by the reflecting surface 6 just before the vibrating pendulum 4 passes through the core tip 8' of the electromagnet.
電気回路12は第2図に示すように発光素子1
0と受光素子11と励振部13とシユミツト回路
14,14′と遅延回路15及びスイツチングト
ランジスタ16からなる。 The electric circuit 12 connects the light emitting element 1 as shown in FIG.
0, a light receiving element 11, an excitation section 13, Schmitt circuits 14, 14', a delay circuit 15, and a switching transistor 16.
発光素子は本実施例では赤外線LED10を使
用しているが可視光線LED等でもよい。 Although an infrared LED 10 is used as the light emitting element in this embodiment, it may be a visible light LED or the like.
この赤外線LED10は抵抗を介してプラス・
マイナス電源に接続し、赤外線光線を上方に向け
て放射する。 This infrared LED 10 is connected to the positive
Connect to a negative power source and emit infrared light upwards.
励振部13は可変抵抗17と直列に接続された
電磁コイル9を有し、一方をプラス電源に、他方
をエミツタ接地されたスイツチングトランジスタ
16のコレクタ側に接続される。 The excitation section 13 has an electromagnetic coil 9 connected in series with a variable resistor 17, one end of which is connected to a positive power supply, and the other end of which is connected to the collector side of a switching transistor 16 whose emitter is grounded.
スイツチングトランジスタ16はスイツチング
素子でありベース側入力電位が「H」であるか、
「L」であるか、により電磁コイル9への通電を
開閉する機能をもつ。 The switching transistor 16 is a switching element, and the input potential on the base side is "H" or
It has the function of opening and closing energization to the electromagnetic coil 9 depending on whether it is "L" or not.
励振部13のプラス電源側と前記スイツチング
トランジスタ16のベース側との間に設けられた
シユミツト回路14,14′は論理素子からなり、
入力信号を方形波に整形するとともに極性変換機
能をもつものである。 The Schmitt circuits 14, 14' provided between the positive power supply side of the excitation section 13 and the base side of the switching transistor 16 are composed of logic elements,
It shapes the input signal into a square wave and also has a polarity conversion function.
受光素子たとえばフオトダイオード11は一方
を前記シユミツト回路14入力側と接続し、他方
をマイナス電源に接地されている。 A light receiving element such as a photodiode 11 has one end connected to the input side of the Schmitt circuit 14 and the other end grounded to a negative power supply.
フオトダイオード11は受光したとき急激に抵
抗を減ずる機能をもつ。 The photodiode 11 has a function of rapidly reducing its resistance when it receives light.
かかるフオトトランジスタの感度調節は可変抵
抗20をもつて行う。 Sensitivity adjustment of such a phototransistor is performed using a variable resistor 20.
遅延回路15は並列に接続されたコンデンサ1
8と可変抵抗19からなり、一方をシユミツト回
路14,14′の間に他方をマイナス電源に接地
されている。 Delay circuit 15 includes capacitor 1 connected in parallel.
8 and a variable resistor 19, one of which is connected to the Schmitt circuits 14 and 14', and the other is grounded to the negative power supply.
次に振子4と励振制御装置との関係を第2図及
び第3図をもつて説明する。 Next, the relationship between the pendulum 4 and the excitation control device will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.
振動する振子4が電磁石のコアの尖端8′を通
過する直前において振子4の反射面6で反射され
た光線をフオトトランジスタ11が受光したとき
(第3図2,5)、フオトトランジスタ11の抵抗
値は低下することにより第3図a点の電位が低下
するのでスイツチングトランジスタ16のベース
側(第3図c点)の入力電位は「L」となり電磁
コイル9への通電は直ちに遮断される、とともに
b点の電位は「H」となりコンデンサ18は充電
される。 When the phototransistor 11 receives the light beam reflected by the reflecting surface 6 of the pendulum 4 just before the vibrating pendulum 4 passes the tip 8' of the core of the electromagnet (FIG. 3, 2 and 5), the resistance of the phototransistor 11 increases. As the value decreases, the potential at point a in Figure 3 decreases, so the input potential on the base side of switching transistor 16 (point c in Figure 3) becomes "L" and the current to electromagnetic coil 9 is immediately cut off. , the potential at point b becomes "H" and the capacitor 18 is charged.
したがつて振子4が電磁石尖端を通過するとき
は電磁力による振子吸引作用は零となる(OFF)
(第3図2,5)。 Therefore, when the pendulum 4 passes the tip of the electromagnet, the pendulum attraction effect due to electromagnetic force becomes zero (OFF).
(Figure 3 2, 5).
振子4が電磁石尖端を通過し、フオトトランジ
スタ11による前記反射光の受光がなくなつた状
態では、フオトトランジスタ11の抵抗値は高く
なり第3図a点の電位は「H」となるが、遅延回
路15のコンデンサ18の放電により一定時間ス
イツチングトランジスタ16のベース側(c点)
の入力電位は「L」の状態が持続され、電磁コイ
ル9の通電は遮断された状態が維持され、電磁力
は零の状態が一定時間継続する(OFF)(第3図
3,6)。 When the pendulum 4 passes the tip of the electromagnet and the phototransistor 11 no longer receives the reflected light, the resistance value of the phototransistor 11 increases and the potential at point a in FIG. 3 becomes "H", but there is a delay. Due to the discharge of the capacitor 18 of the circuit 15, the base side of the switching transistor 16 (point c) for a certain period of time
The input potential of is maintained in the "L" state, the energization of the electromagnetic coil 9 is maintained in a cut-off state, and the electromagnetic force remains in a zero state for a certain period of time (OFF) (FIGS. 3 and 6).
その後、スイツチングトランジスタ16のベー
ス側(c点)の入力電位が「H」に復帰したと
き、かかるスイツチング機能により電磁コイル9
への通電が開始され、電磁力による振子4の吸引
作用が行なわれる(ON)(第3図1,4)。 Thereafter, when the input potential on the base side (point c) of the switching transistor 16 returns to "H", the electromagnetic coil 9
energization is started, and the pendulum 4 is attracted by electromagnetic force (ON) (Fig. 3, 1, 4).
このスイツチングトランジスタ16の開閉時期
のタイミングはコンデンサ18と並列関係にある
可変抵抗19をもつて、振子4が電磁石のコア尖
端8′に向う道程においてのみ電磁石が作動する
よう調節する。 The timing of opening and closing of this switching transistor 16 is adjusted by a variable resistor 19 in parallel with a capacitor 18 so that the electromagnet is activated only on the way that the pendulum 4 moves toward the core tip 8' of the electromagnet.
また電磁力の強さは励振部13内の電磁コイル
9と直列関係にある可変抵抗17をもつて調節さ
れる。 Further, the strength of the electromagnetic force is adjusted by a variable resistor 17 in series with the electromagnetic coil 9 in the excitation section 13.
尚、上記可変抵抗17,19,20の調節は一
度行なえば再度の調節は不用である。 Note that once the variable resistors 17, 19, and 20 are adjusted, there is no need to adjust them again.
上記フーコー振子実験装置で、43時間にわたり
実際に実験した測定値を第4図にに挙げる。実線
は前記式における理論値を示すものであり、実測
値は点をもつてプロツトしてある。 Figure 4 shows the actual measured values obtained during a 43-hour experiment using the Foucault pendulum experimental device described above. The solid line shows the theoretical value in the above equation, and the measured value is plotted with points.
上記説明から明らかなように小型化した実験装
置でありながら従来においては不可能とされた長
時間にわたるフーコー振子の実験を上記構成から
なる本発明により正確なる振幅及単振動を持続し
理論値との整合性ある実験値を提供することが可
能となる。 As is clear from the above description, the present invention with the above configuration allows Foucault pendulum experiments to be carried out over a long period of time, which was considered impossible in the past, even though it is a miniaturized experimental device. It becomes possible to provide consistent experimental values.
第1図は本発明の一実施例における概略図、第
2図は電磁力制御装置における電気回路、第3図
は振子の動きと電磁力の作用の関係を示す図、第
4図は本発明の実施例をもつて実験した測定値を
示す表である。
4…振子、5…磁性体金属、6…反射面、8…
電磁石、10…発光体、11…受光体、12…電
磁力制御電気回路、18…コンデンサ。
Fig. 1 is a schematic diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an electric circuit in an electromagnetic force control device, Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the movement of a pendulum and the action of electromagnetic force, and Fig. 4 is a diagram of the invention 2 is a table showing measured values obtained through an experiment using an example. 4... Pendulum, 5... Magnetic metal, 6... Reflective surface, 8...
Electromagnet, 10... Light emitter, 11... Photoreceptor, 12... Electromagnetic force control electric circuit, 18... Capacitor.
Claims (1)
端において結合した振子と、固定支点からおろし
た鉛直線上に中心点をもつ角度表示目盛板とから
なるフーコー振子実験装置において、 前記鉛直線上に内径中心をもつシヤロン環を前
記振糸を通して前記固定支点の下に設置し、 前記振子はその下端部に磁性体金属からなる突
起と該突起基端外周に形成した反射面を有し、 静止状態の前記振子下端の突起先端に近接し鉛
直線上上方に向けてコア尖端を有する電磁石を配
置し、 前記電磁石近傍に発光体と受光体を配置し、振
動する振子が前記電磁石のコアの尖端を通過する
直前に前記発光体の光線を前記反射面で反射した
光線を前記受光体で受光し、この受光によつて電
磁コイルへの通電を停止し、その停止状態を一定
時間維持したのち再び電磁コイルに通電を開始す
るように機能する電気回路を設けたことを特徴と
するフーコー振子実験装置。 2 特許請求の範囲第1項のものにおいて、磁性
体金属からなる突起の先端を円錐状形状とし、該
突起基端外周に形成した反射面の形状を円周上と
し、鉛直線上方に向けて配置された電磁石のコア
の先端を円錐状形状としたもの。 3 特許請求の範囲第1項のものにおいて、シヤ
ロン環の内径を略三角形断面としたもの。[Scope of Claims] 1. A Foucault pendulum experimental device consisting of a fixed fulcrum that fixes one end of the pendulum, a pendulum connected at the other end of the pendulum, and an angle display scale plate whose center point is on a vertical line taken down from the fixed fulcrum. In this step, a Syaron ring having an inner diameter center on the vertical line is installed under the fixed fulcrum through the swinging thread, and the pendulum has a protrusion made of magnetic metal at its lower end and a reflective surface formed on the outer periphery of the proximal end of the pendulum. an electromagnet having a core tip facing upward on a vertical line close to the protrusion tip of the lower end of the pendulum in a stationary state, a light emitting body and a light receiving body being disposed near the electromagnet, and the vibrating pendulum being connected to the electromagnet. Immediately before passing through the tip of the core, the light beam from the light emitting body is reflected by the reflecting surface and is received by the light receiving body, and upon receiving this light, the electricity to the electromagnetic coil is stopped, and the stopped state is maintained for a certain period of time. A Foucault pendulum experimental device characterized by being provided with an electric circuit that functions to start energizing the electromagnetic coil again after maintaining the current. 2. In claim 1, the tip of the protrusion made of magnetic metal is shaped like a cone, and the shape of the reflective surface formed on the outer periphery of the proximal end of the protrusion is on the circumference, facing upward in the vertical line. The tip of the electromagnet core is arranged in a conical shape. 3. In claim 1, the inner diameter of the Syaron ring has a substantially triangular cross section.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57022395A JPS58140778A (en) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | Foucault's pendulum experimental equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57022395A JPS58140778A (en) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | Foucault's pendulum experimental equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58140778A JPS58140778A (en) | 1983-08-20 |
| JPH0230507B2 true JPH0230507B2 (en) | 1990-07-06 |
Family
ID=12081463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57022395A Granted JPS58140778A (en) | 1982-02-15 | 1982-02-15 | Foucault's pendulum experimental equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58140778A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6048260U (en) * | 1983-09-10 | 1985-04-04 | 株式会社トーキン | piezoelectric displacement element |
| JPH0337590A (en) * | 1989-07-03 | 1991-02-18 | Isao Suganuma | Measuring apparatus for frequency of earth vibration |
| CN102323740B (en) * | 2011-09-03 | 2012-11-28 | 四川大学 | Vertical fixed photosensitive periodic automatic timing device of simple pendulum |
| CN102305997B (en) * | 2011-09-03 | 2012-12-05 | 四川大学 | Ultralight light-blocking cylinder with simple pendulum |
-
1982
- 1982-02-15 JP JP57022395A patent/JPS58140778A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58140778A (en) | 1983-08-20 |
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