傅科摆的疑问

关于傅科摆有两点疑问，请各位大神帮忙解惑。
一、对于傅科摆原理的解释，通常都是从两极点开始，并且关键的一句话都是说摆平面是不变的（相对于遥远恒星来说），因此摆锤轨迹的移动是由于地球自转产生的。这句话本身我是理解的。但问题是，当摆开始摆动时，摆锤应该随着地球自转有一个垂直于摆动方向的初速度（相对于遥远恒星来说），这就造成摆平面应该是随着地球一起转动的，即摆平面相对于地球（地面）不变。如果按照这样理解，那么傅科摆的移动应该是由于地转偏向力产生的了。因此第一个疑惑就是摆平面到底应该相对于什么是不变的。
二、第二点疑惑与第一点也相关。因为很多人都说傅科摆的本质原因是地转偏向力。但显然如果按照上面第一点中摆平面相对于遥远恒星不变的观点来说，傅科摆的主要原因就是地球自转（这在两极点体现最明显），而地转偏向力的影响是很微小的。因此第二个疑惑就是傅科摆到底是主要由于地球自转产生的还是由于地转偏向力产生的。当然，地转偏向力也是由于地球自转产生的，因此也能间接说明地球自转，但这并不是我所讨论的重点。

我的理解是这样的，如果是按照摆平面相对于遥远恒星不变的话（即理想实验条件下），那么傅科摆的移动主要是由于地球自转产生的；如果是按照摆平面相对于地球（地面）不变的话（即真实实验条件或通常的实验条件下），那么傅科摆的移动是由于地转偏向力产生的（即最初的傅科摆试验应该就是如此）。不知道我的理解对不对，请各位大神帮忙解惑。

傅科摆启动后，只受径向钢丝的拉力，不受摆动平面以外方向的力，据牛顿第一定律，摆球在那些方向上的运动状态不变。不论其初试速度方向如何，关键的是不会再改变了。如果半小时后跟地面上的投影变了，那就一定是地球在转。

venn 发表于 2019-9-15 15:55
傅科摆启动后，只受径向钢丝的拉力，不受摆动平面以外方向的力，据牛顿第一定律，摆球在那些方向上的运动状 ...

多谢回复。但我感觉没有解决我的疑问，我试着理解一下你所说的，不过多阐述，因为我现在脑袋里已经一团乱麻了，怕越说越乱。首先牛顿运动定律的参照系应该是惯性系（定律成立的前提条件之一），不考虑摆锤初始速度的话，那应该是以地球为参照系，而地球是自转的（圆周运动，非直线匀速），因此并非惯性系，所以才会产生了所谓的地转偏向力（非实际存在的力），这样才能满足牛顿运动定律。这就回到了我前面所说的，如果以地球为参照系（即摆平面相对地球不动），这时傅科摆的产生原因应该是地转偏向力，而不是地球自转。

另外，用我上面说的两极点的例子更能说明这个问题，如果在极点放置的摆，初始有垂直于摆动方向的初速度的话，显然对于遥远恒星来说，摆平面肯定是变化的（绕地轴旋转）。也就是说此时摆平面是随地球自转一起转动的，因此此时傅科摆的移动应该是地转偏向力产生的。
不知道理解得对不对，欢迎进一步探讨、解惑，多谢。

这哪是初学者的问题，这是专业问题

walker9999 发表于 2019-9-15 16:55
这哪是初学者的问题，这是专业问题

确实是初学者，虽然年龄大了些。最近才开始和女儿一起学的。
傅科摆应该也是入门必须接触到的知识了吧，只不过我给自己找麻烦，想得多了些。还请各位大神不吝赐教。

fengxiaxixi 发表于 2019-9-15 17:16
确实是初学者，虽然年龄大了些。最近才开始和女儿一起学的。
傅科摆应该也是入门必须接触到的知 ...

傅科摆这种问题我只能了解一下，不敢深入看，看了也弄不明白。

fengxiaxixi 发表于 2019-9-15 16:30
多谢回复。但我感觉没有解决我的疑问，我试着理解一下你所说的，不过多阐述，因为我现在脑袋里已经一团乱 ...

地球是非惯性系（其实主要是因为受太阳引力，到不是因为自传），所以就从头到尾用天球恒星做参照系，先尽量简单，明白以后再考虑复杂情况。地球和摆球的运动都考虑其对天球的运动。摆球不受摆动面以外方向的力，所以摆轴是不变的，如果地面投影变了，就只可能是地球转了。