傅科摆与地球科学：探索地球动力学，用傅科摆探究地球奥秘

# 1. 傅科摆的原理与历史**

傅科摆是一种物理装置，由一个悬挂在长线上的重物组成。它的运动轨迹受地球自转的影响，在北半球呈顺时针旋转，在南半球呈逆时针旋转。

傅科摆的原理基于牛顿运动定律和地球自转的科里奥利效应。当重物悬挂在长线上时，它会受到重力作用而摆动。然而，由于地球的自转，摆动的平面会随着时间推移而发生偏转。这种偏转称为科里奥利偏向力，它与地球自转速度和摆动纬度成正比。

傅科摆最早由法国物理学家让·伯纳德·莱昂·傅科于1851年发明。他将一个重达28公斤的铅球悬挂在巴黎万神殿的穹顶上，摆线长67米。摆动的轨迹清晰可见，证明了地球的自转。傅科摆的发现对当时科学界产生了重大影响，因为它提供了地球自转的直接证据。

# 2.1 测量地球自转速度

### 2.1.1 傅科摆的运动轨迹

傅科摆的运动轨迹是一个圆锥摆动，摆锤在水平面上的投影是一个椭圆。椭圆的长轴指向摆锤运动的切线方向，短轴指向摆锤运动的法线方向。摆锤的摆动周期与地球的自转速度有关，摆动周期越短，地球自转速度越快。

### 2.1.2 地球自转速度的计算

根据傅科摆的运动轨迹，可以计算出地球的自转速度。假设傅科摆的摆长为 L，摆动周期为 T，纬度为 φ，则地球的自转角速度 ω 可以计算为：

import math

def calculate_earth_rotation_speed(l, t, phi):
  """
  计算地球自转速度

  参数：
    l: 摆长（米）
    t: 摆动周期（秒）
    phi: 纬度（度）

  返回：
    地球自转角速度（弧度/秒）
  """

  omega = 2 * math.pi / t
  return omega * math.sin(math.radians(phi)) / math.sqrt(l / 9.81)

**代码逻辑逐行解读：**

* 第 2 行：导入 `math` 模块，用于进行三角函数和开方运算。
* 第 5-7 行：定义 `calculate_earth_rotation_speed` 函数，用于计算地球自转速度。
* 第 8-10 行：计算地球自转角速度 `omega`。公式中，`2 * math.pi / t` 表示摆动频率，`math.sin(math.radians(phi))` 表示纬度的正弦值，`math.sqrt(l / 9.81)` 表示摆长的平方根。
* 第 11