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푸코의 진자때문에.......
2000-11-07
-
분야
천체역학/우주측지
-
조회수
3830
안녕하세요
전주시에 사는 중 3 학생입니다.
중 3 물상에서 지구의 자전이 나오는데요,
교과서에는 나오지 않지만, 지구의 자전현상때문에 일어나는 몇가지 현상 중
푸코의 진자때문에, 머리가 아파요....
오늘도 '푸코의 진자' 원리를 실장에게 물어보았다가, 말다툼만 하고 말았습니다.
책에는요, 그러니까, 교과서에는 나오진 않지만, 자습서나, 평가문제집 등에
북반구에서 긴 줄에 무거운 추를 달고, 움직이게 하면, 시계 반대방향으로 돈다고 나와 있어요...
그런데, 여기서 문제가 되는 부분이 '북반구' 라는 말입니다...
북극 지방에서 푸코의 진자 현상이 일어난다는 것은 확실히 이해가 갑니다.
진자는 계속해서 원래 힘을 준 방향으로만 움직이고, 지구는 돌기 때문에, 지구와 같이 돌고 있는 사람에게는 진자가 지구의 자전 반대 방향으로 도는 것 같이 보인다는 것이 맞는 것으로 알고 있는데요,
북반구라고 하는 것이 맞는지, 북극 지방이라고 하는 게 맞는지 모르겠어요..
그림 파일이 첨부되어 있으니까, 같이 보시는 게 좋을 것 같네요..
제가 워낙 말주변이 없어서요..
왼쪽 그림은 아시다시피, 북극에서 진자 운동의 모습입니다.
파란색 점은 사람이구요, 위에 양쪽으로 벌어져 있는 것은 진자의 운동을 나타낸 겁니다.
그런데, 가운데는, 그러니까 북반구에서의 진자 운동 모습이죠.
진자의 꼭대기는 건물 어딘가에 매달려 있으니까,진자 자체가 옆으로 움직이는 것은 맞죠...
지구가 자전하는 것과는 전혀 관계가 없는 것 같아요...
사람이 볼 때도, 전혀 진자는 움직이지 않습니다.
진자가 위아래로 움직이구요, 사람은 옆에서 보고 있습니다.진자는 원래 움직인 힘의 방향으로만 움직이니까 이게 맞겠죠..
하지만, 이것은, 반대쪽으로 넘어가도 마찬가지이구요..
마지막 오른쪽이요.. 이것도 이상해요...
만약 땅에 놓여 있는, 기다란 막대기 같으면 이게 맞겠죠... 지구는 구형이니까, 가운데 부분이 움직이는 거리가 약간 윗부분보다 커야 구가 돌아간다고 할수 있으니까요... 하지만, 전혀 땅과는 관계없이 떠서 처음 힘만으로 움직이는 진자입니다.... 진자의 움직임이 말이 안되요..
학교에서도 과학선생님께 여쭈어 보았더니, 2번같은 설명을 해 주셨는데,,
잘 생각해 보니까 아닌 것 같아요...
문제집에도, 설명은 간단하게 북반구에서 일어나는 현상이라고 했는데,
딱 한문제 나온다는 것이'북극 지방에서 실험한 것이다.' 라는 게 붙어 있네요...
학원 선생님께서는 맨 처음 2번 같은 생각을 하셨다가, 북극에서는 확실하게 일어날 수 있는데, 적도면으로 내려올 수록, 거의 움직이지 않는다고 하셨어요...
이것 때문에, 오늘 실장이랑 자율학습시간동안 말싸움하고, 애들한테 욕먹고,,
정말 머리가 아프네요..
근데, 정말로 그림만 보고 하면, 아무리 생각해도 책이 맞는 것 같은데,
지구본을 가져다 놓고, 샤프펜이 진자라고 생각하시면서, 흔들면서, 실험해 보세요..
주의할 점은, 샤프펜으로, 평면처럼만 하면 안되고, 지구본의 둘레를 손목이 같이 따라 움직여 주어야 합니다... 그래야 천장에 매달린 진자가 되지요...
... 말이 제가 생각해도, 좀 이해가 안가네요...
그래두.... 한국 천문 연구원 분들이시니까, 꼭 풀어주실 것으로 믿겠습니다.
안녕히 계세요..
전주시에 사는 중 3 학생입니다.
중 3 물상에서 지구의 자전이 나오는데요,
교과서에는 나오지 않지만, 지구의 자전현상때문에 일어나는 몇가지 현상 중
푸코의 진자때문에, 머리가 아파요....
오늘도 '푸코의 진자' 원리를 실장에게 물어보았다가, 말다툼만 하고 말았습니다.
책에는요, 그러니까, 교과서에는 나오진 않지만, 자습서나, 평가문제집 등에
북반구에서 긴 줄에 무거운 추를 달고, 움직이게 하면, 시계 반대방향으로 돈다고 나와 있어요...
그런데, 여기서 문제가 되는 부분이 '북반구' 라는 말입니다...
북극 지방에서 푸코의 진자 현상이 일어난다는 것은 확실히 이해가 갑니다.
진자는 계속해서 원래 힘을 준 방향으로만 움직이고, 지구는 돌기 때문에, 지구와 같이 돌고 있는 사람에게는 진자가 지구의 자전 반대 방향으로 도는 것 같이 보인다는 것이 맞는 것으로 알고 있는데요,
북반구라고 하는 것이 맞는지, 북극 지방이라고 하는 게 맞는지 모르겠어요..
그림 파일이 첨부되어 있으니까, 같이 보시는 게 좋을 것 같네요..
제가 워낙 말주변이 없어서요..
왼쪽 그림은 아시다시피, 북극에서 진자 운동의 모습입니다.
파란색 점은 사람이구요, 위에 양쪽으로 벌어져 있는 것은 진자의 운동을 나타낸 겁니다.
그런데, 가운데는, 그러니까 북반구에서의 진자 운동 모습이죠.
진자의 꼭대기는 건물 어딘가에 매달려 있으니까,진자 자체가 옆으로 움직이는 것은 맞죠...
지구가 자전하는 것과는 전혀 관계가 없는 것 같아요...
사람이 볼 때도, 전혀 진자는 움직이지 않습니다.
진자가 위아래로 움직이구요, 사람은 옆에서 보고 있습니다.진자는 원래 움직인 힘의 방향으로만 움직이니까 이게 맞겠죠..
하지만, 이것은, 반대쪽으로 넘어가도 마찬가지이구요..
마지막 오른쪽이요.. 이것도 이상해요...
만약 땅에 놓여 있는, 기다란 막대기 같으면 이게 맞겠죠... 지구는 구형이니까, 가운데 부분이 움직이는 거리가 약간 윗부분보다 커야 구가 돌아간다고 할수 있으니까요... 하지만, 전혀 땅과는 관계없이 떠서 처음 힘만으로 움직이는 진자입니다.... 진자의 움직임이 말이 안되요..
학교에서도 과학선생님께 여쭈어 보았더니, 2번같은 설명을 해 주셨는데,,
잘 생각해 보니까 아닌 것 같아요...
문제집에도, 설명은 간단하게 북반구에서 일어나는 현상이라고 했는데,
딱 한문제 나온다는 것이'북극 지방에서 실험한 것이다.' 라는 게 붙어 있네요...
학원 선생님께서는 맨 처음 2번 같은 생각을 하셨다가, 북극에서는 확실하게 일어날 수 있는데, 적도면으로 내려올 수록, 거의 움직이지 않는다고 하셨어요...
이것 때문에, 오늘 실장이랑 자율학습시간동안 말싸움하고, 애들한테 욕먹고,,
정말 머리가 아프네요..
근데, 정말로 그림만 보고 하면, 아무리 생각해도 책이 맞는 것 같은데,
지구본을 가져다 놓고, 샤프펜이 진자라고 생각하시면서, 흔들면서, 실험해 보세요..
주의할 점은, 샤프펜으로, 평면처럼만 하면 안되고, 지구본의 둘레를 손목이 같이 따라 움직여 주어야 합니다... 그래야 천장에 매달린 진자가 되지요...
... 말이 제가 생각해도, 좀 이해가 안가네요...
그래두.... 한국 천문 연구원 분들이시니까, 꼭 풀어주실 것으로 믿겠습니다.
안녕히 계세요..
- 제목답변: 푸코의 진자때문에...--> 실명으로 질문하기 바랍니다.
- 분류천체역학/우주측지
- 작성일2000-11-08 00:00:00
- 작성자guest
중 3 학생 질문:
> 안녕하세요
>
> 전주시에 사는 중 3 학생입니다.
>
> 중 3 물상에서 지구의 자전이 나오는데요,
>
> 교과서에는 나오지 않지만, 지구의 자전현상때문에 일어나는 몇가지 현상 중
>
> 푸코의 진자때문에, 머리가 아파요....
>
> 오늘도 '푸코의 진자' 원리를 실장에게 물어보았다가, 말다툼만 하고 말았습니다.
>
> 책에는요, 그러니까, 교과서에는 나오진 않지만, 자습서나, 평가문제집 등에
>
> 북반구에서 긴 줄에 무거운 추를 달고, 움직이게 하면, 시계 반대방향으로 돈다고 나와 있어요...
>
>
> 그런데, 여기서 문제가 되는 부분이 '북반구' 라는 말입니다...
>
> 북극 지방에서 푸코의 진자 현상이 일어난다는 것은 확실히 이해가 갑니다.
>
> 진자는 계속해서 원래 힘을 준 방향으로만 움직이고, 지구는 돌기 때문에, 지구와 같이 돌고 있는 사람에게는 진자가 지구의 자전 반대 방향으로 도는 것 같이 보인다는 것이 맞는 것으로 알고 있는데요,
>
>
> 북반구라고 하는 것이 맞는지, 북극 지방이라고 하는 게 맞는지 모르겠어요..
>
> 그림 파일이 첨부되어 있으니까, 같이 보시는 게 좋을 것 같네요..
>
> 제가 워낙 말주변이 없어서요..
>
> 왼쪽 그림은 아시다시피, 북극에서 진자 운동의 모습입니다.
>
> 파란색 점은 사람이구요, 위에 양쪽으로 벌어져 있는 것은 진자의 운동을 나타낸 겁니다.
>
> 그런데, 가운데는, 그러니까 북반구에서의 진자 운동 모습이죠.
>
> 진자의 꼭대기는 건물 어딘가에 매달려 있으니까,진자 자체가 옆으로 움직이는 것은 맞죠...
>
> 지구가 자전하는 것과는 전혀 관계가 없는 것 같아요...
>
> 사람이 볼 때도, 전혀 진자는 움직이지 않습니다.
>
> 진자가 위아래로 움직이구요, 사람은 옆에서 보고 있습니다.진자는 원래 움직인 힘의 방향으로만 움직이니까 이게 맞겠죠..
>
> 하지만, 이것은, 반대쪽으로 넘어가도 마찬가지이구요..
>
> 마지막 오른쪽이요.. 이것도 이상해요...
>
> 만약 땅에 놓여 있는, 기다란 막대기 같으면 이게 맞겠죠... 지구는 구형이니까, 가운데 부분이 움직이는 거리가 약간 윗부분보다 커야 구가 돌아간다고 할수 있으니까요... 하지만, 전혀 땅과는 관계없이 떠서 처음 힘만으로 움직이는 진자입니다.... 진자의 움직임이 말이 안되요..
>
> 학교에서도 과학선생님께 여쭈어 보았더니, 2번같은 설명을 해 주셨는데,,
>
> 잘 생각해 보니까 아닌 것 같아요...
>
> 문제집에도, 설명은 간단하게 북반구에서 일어나는 현상이라고 했는데,
>
> 딱 한문제 나온다는 것이'북극 지방에서 실험한 것이다.' 라는 게 붙어 있네요...
>
> 학원 선생님께서는 맨 처음 2번 같은 생각을 하셨다가, 북극에서는 확실하게 일어날 수 있는데, 적도면으로 내려올 수록, 거의 움직이지 않는다고 하셨어요...
>
> 이것 때문에, 오늘 실장이랑 자율학습시간동안 말싸움하고, 애들한테 욕먹고,,
>
> 정말 머리가 아프네요..
>
> 근데, 정말로 그림만 보고 하면, 아무리 생각해도 책이 맞는 것 같은데,
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> 지구본을 가져다 놓고, 샤프펜이 진자라고 생각하시면서, 흔들면서, 실험해 보세요..
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> 주의할 점은, 샤프펜으로, 평면처럼만 하면 안되고, 지구본의 둘레를 손목이 같이 따라 움직여 주어야 합니다... 그래야 천장에 매달린 진자가 되지요...
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> ... 말이 제가 생각해도, 좀 이해가 안가네요...
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> 그래두.... 한국 천문 연구원 분들이시니까, 꼭 풀어주실 것으로 믿겠습니다.
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> 안녕히 계세요..
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일단 북반구가 맞습니다.
푸코의 진자의 운동을 이해하기 전에 먼저 푸코의 진자의 구조와 뉴톤의 관성법칙, 그리고 회전하는 구 표면에서의 겉보기 운동을 먼저 이해해야 합니다.
1851년 푸랑스의 물리학자 푸코는 파리의 판테온성당의 천정으로부터 길이 67m 추의 무게 28kg인 진자를 만들었습니다. 왜 그렇게 큰 진자를 만들었는가 하면 물론 지구자전에 의한 효과가 잘나타나도록 해야했기때문입니다. 즉 관성에 의하여 진자가 장기간 계속 '같은 방향'으로 흔들릴 수 있어야 합니다.
진자의 길이가 길수록, 추의 무게가 무거울수록 마찰이나 기타 방해요소들이 잘 제거되어 관성에따라 동일한 운동을 장시간 계속될 겁니다.
만약 최초에 진자를 정북에서 정남으로 진동시킨다면 지구를 떠난 사람이 우주공간에서 이 진자의 운동을 관찰한다면 이 진자는 '관성'에 의하여 항상 같은 방향으로 진동하게 됩니다. 즉 우주공간에 있는 관찰자가 볼때 이 진자는 공간상에서 일정한 방향으로 진동하게됩니다. 이를테면 북극성과 직녀성을 잇는 방향으로 계속 같은 진동하는 식으로 말이죠.
지구의 관측자가 볼때 지구의 남-북방향은 지구의 자전과 상관없이 항상 '남북'방향이 됩니다. 그러나 우주공간에 정지해 있는 사람이 지구의 관측자가 남북이라고 생각하는 선의 방향은 지구의 자전과 더불어 그 위치가 변하게 됩니다. 즉 우주공간에 정지한 사람은 지구상의 사람이 생각한 남북방향이 최초로 생각하는 방향으로부터 회전하고 있음을 알아챌 수 있습니다.
마찬가지로 진자에 타고 관성운동을 하고 있는 '아주 작은' 사람이 볼때 자신은 같은방향으로 계속 진동하고있는데 아래보이는 지표면이 시간에 따라 돌아가게 됩니다. 즉 진자의 흔들리는 방향에 대하여 지표면이 회전하게됩니다.
지상의 관측자는 이를 자기가 생각하는 남북방향은 변하지 않았는데 진자의 진동 방향이 시간에따라 돌아가는 것으로 생각하게됩니다. 사실 진자는 관성에의하여 계속 같은 방향으로 진동하였는데도 말입니다.
이를 구의 회전으로인하여 구표면에 있는 관찰자가 상대적으로 회전하는 계가되기 때문인데 이 관찰자의 회전은 관찰자의 위치에서 접선을 그어 지구자전축과 만나는 점을 회전반경으로 하는 것으로 나타나게됩니다. 관찰자가 북극점에 있 는 경우에는 이 회전반경이 0이되어 지구자전이 그대로 반영되는데 반하여, 적도는 회전반경이 무한대가 되어 회전하지 않는 것처럼 됩니다. 따라서 적도에서는 진자 진동면의 회전이 없습니다.
수학적으로 계산하면 진자의 회전주기는 지구자전주기 24시간 (정확히는 23시간56분)을 위도의 sin값으로 나눈 값이됩니다.
> 안녕하세요
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> 전주시에 사는 중 3 학생입니다.
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> 중 3 물상에서 지구의 자전이 나오는데요,
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> 교과서에는 나오지 않지만, 지구의 자전현상때문에 일어나는 몇가지 현상 중
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> 푸코의 진자때문에, 머리가 아파요....
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> 오늘도 '푸코의 진자' 원리를 실장에게 물어보았다가, 말다툼만 하고 말았습니다.
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> 책에는요, 그러니까, 교과서에는 나오진 않지만, 자습서나, 평가문제집 등에
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> 북반구에서 긴 줄에 무거운 추를 달고, 움직이게 하면, 시계 반대방향으로 돈다고 나와 있어요...
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> 그런데, 여기서 문제가 되는 부분이 '북반구' 라는 말입니다...
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> 북극 지방에서 푸코의 진자 현상이 일어난다는 것은 확실히 이해가 갑니다.
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> 진자는 계속해서 원래 힘을 준 방향으로만 움직이고, 지구는 돌기 때문에, 지구와 같이 돌고 있는 사람에게는 진자가 지구의 자전 반대 방향으로 도는 것 같이 보인다는 것이 맞는 것으로 알고 있는데요,
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> 북반구라고 하는 것이 맞는지, 북극 지방이라고 하는 게 맞는지 모르겠어요..
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> 그림 파일이 첨부되어 있으니까, 같이 보시는 게 좋을 것 같네요..
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> 제가 워낙 말주변이 없어서요..
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> 왼쪽 그림은 아시다시피, 북극에서 진자 운동의 모습입니다.
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> 파란색 점은 사람이구요, 위에 양쪽으로 벌어져 있는 것은 진자의 운동을 나타낸 겁니다.
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> 그런데, 가운데는, 그러니까 북반구에서의 진자 운동 모습이죠.
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> 진자의 꼭대기는 건물 어딘가에 매달려 있으니까,진자 자체가 옆으로 움직이는 것은 맞죠...
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> 지구가 자전하는 것과는 전혀 관계가 없는 것 같아요...
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> 사람이 볼 때도, 전혀 진자는 움직이지 않습니다.
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> 진자가 위아래로 움직이구요, 사람은 옆에서 보고 있습니다.진자는 원래 움직인 힘의 방향으로만 움직이니까 이게 맞겠죠..
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> 하지만, 이것은, 반대쪽으로 넘어가도 마찬가지이구요..
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> 마지막 오른쪽이요.. 이것도 이상해요...
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> 만약 땅에 놓여 있는, 기다란 막대기 같으면 이게 맞겠죠... 지구는 구형이니까, 가운데 부분이 움직이는 거리가 약간 윗부분보다 커야 구가 돌아간다고 할수 있으니까요... 하지만, 전혀 땅과는 관계없이 떠서 처음 힘만으로 움직이는 진자입니다.... 진자의 움직임이 말이 안되요..
>
> 학교에서도 과학선생님께 여쭈어 보았더니, 2번같은 설명을 해 주셨는데,,
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> 잘 생각해 보니까 아닌 것 같아요...
>
> 문제집에도, 설명은 간단하게 북반구에서 일어나는 현상이라고 했는데,
>
> 딱 한문제 나온다는 것이'북극 지방에서 실험한 것이다.' 라는 게 붙어 있네요...
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> 학원 선생님께서는 맨 처음 2번 같은 생각을 하셨다가, 북극에서는 확실하게 일어날 수 있는데, 적도면으로 내려올 수록, 거의 움직이지 않는다고 하셨어요...
>
> 이것 때문에, 오늘 실장이랑 자율학습시간동안 말싸움하고, 애들한테 욕먹고,,
>
> 정말 머리가 아프네요..
>
> 근데, 정말로 그림만 보고 하면, 아무리 생각해도 책이 맞는 것 같은데,
>
> 지구본을 가져다 놓고, 샤프펜이 진자라고 생각하시면서, 흔들면서, 실험해 보세요..
>
> 주의할 점은, 샤프펜으로, 평면처럼만 하면 안되고, 지구본의 둘레를 손목이 같이 따라 움직여 주어야 합니다... 그래야 천장에 매달린 진자가 되지요...
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> ... 말이 제가 생각해도, 좀 이해가 안가네요...
>
> 그래두.... 한국 천문 연구원 분들이시니까, 꼭 풀어주실 것으로 믿겠습니다.
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> 안녕히 계세요..
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일단 북반구가 맞습니다.
푸코의 진자의 운동을 이해하기 전에 먼저 푸코의 진자의 구조와 뉴톤의 관성법칙, 그리고 회전하는 구 표면에서의 겉보기 운동을 먼저 이해해야 합니다.
1851년 푸랑스의 물리학자 푸코는 파리의 판테온성당의 천정으로부터 길이 67m 추의 무게 28kg인 진자를 만들었습니다. 왜 그렇게 큰 진자를 만들었는가 하면 물론 지구자전에 의한 효과가 잘나타나도록 해야했기때문입니다. 즉 관성에 의하여 진자가 장기간 계속 '같은 방향'으로 흔들릴 수 있어야 합니다.
진자의 길이가 길수록, 추의 무게가 무거울수록 마찰이나 기타 방해요소들이 잘 제거되어 관성에따라 동일한 운동을 장시간 계속될 겁니다.
만약 최초에 진자를 정북에서 정남으로 진동시킨다면 지구를 떠난 사람이 우주공간에서 이 진자의 운동을 관찰한다면 이 진자는 '관성'에 의하여 항상 같은 방향으로 진동하게 됩니다. 즉 우주공간에 있는 관찰자가 볼때 이 진자는 공간상에서 일정한 방향으로 진동하게됩니다. 이를테면 북극성과 직녀성을 잇는 방향으로 계속 같은 진동하는 식으로 말이죠.
지구의 관측자가 볼때 지구의 남-북방향은 지구의 자전과 상관없이 항상 '남북'방향이 됩니다. 그러나 우주공간에 정지해 있는 사람이 지구의 관측자가 남북이라고 생각하는 선의 방향은 지구의 자전과 더불어 그 위치가 변하게 됩니다. 즉 우주공간에 정지한 사람은 지구상의 사람이 생각한 남북방향이 최초로 생각하는 방향으로부터 회전하고 있음을 알아챌 수 있습니다.
마찬가지로 진자에 타고 관성운동을 하고 있는 '아주 작은' 사람이 볼때 자신은 같은방향으로 계속 진동하고있는데 아래보이는 지표면이 시간에 따라 돌아가게 됩니다. 즉 진자의 흔들리는 방향에 대하여 지표면이 회전하게됩니다.
지상의 관측자는 이를 자기가 생각하는 남북방향은 변하지 않았는데 진자의 진동 방향이 시간에따라 돌아가는 것으로 생각하게됩니다. 사실 진자는 관성에의하여 계속 같은 방향으로 진동하였는데도 말입니다.
이를 구의 회전으로인하여 구표면에 있는 관찰자가 상대적으로 회전하는 계가되기 때문인데 이 관찰자의 회전은 관찰자의 위치에서 접선을 그어 지구자전축과 만나는 점을 회전반경으로 하는 것으로 나타나게됩니다. 관찰자가 북극점에 있 는 경우에는 이 회전반경이 0이되어 지구자전이 그대로 반영되는데 반하여, 적도는 회전반경이 무한대가 되어 회전하지 않는 것처럼 됩니다. 따라서 적도에서는 진자 진동면의 회전이 없습니다.
수학적으로 계산하면 진자의 회전주기는 지구자전주기 24시간 (정확히는 23시간56분)을 위도의 sin값으로 나눈 값이됩니다.