Pendul Foucault

Dispozitivul experimental constă dintr-un pendul gravitațional capabil să oscileze în orice plan vertical.

Prima demonstrație a avut loc în februarie 1851, în Camera Meridianului de la Observatorul din Paris. Câteva săptămâni mai târziu, Leon Foucault a suspendat o sferă cu o masă de 28 kg, prevăzută cu un vârf ascuțit, de domul Panthéonului, la capătul unui fir lung de 67 m. Pe podea este presărat un strat de nisip fin, pe care vârful pendului trasează o rozetă și revine în locul de unde a pornit după 32 de ore. La latitudinea de 30°, o rotație completă durează 48 de ore.

Corpurile care se rotesc își păstrează planul de rotație, fenomen fizic utilizat la construirea giroscoapelor și girobusolelor. Cum mișcarea de oscilație este, în esență, o proiecție liniară a unei mișcări de rotație, pendulul gravitațional își păstrează neschimbat planul de oscilație liniară. În timp ce el oscilează în plan vertical, sub el Pământul se rotește, la latitudinea Parisului cu 11°19′ pe oră.

Ele sunt plasate peste tot în lume, atât în emisfera nordică, cât și în cea sudică.

Începând cu data de 17.11.2012, există un asemenea dispozitiv și în România, acesta fiind amplasat în Corpul A al Facultății de Constructii si Instalații din cadrul Universității Tehnice (UTI) „Gheorghe Asachi” din Iași. Din Februarie 2013 a fost instalat și un sistem automat de acționare, pentru a menține pendulul în oscilație permanentă. Sistemul a fost realizat de prof.univ. Cătălin D. Gălățanu și are avantajul că permite vizualizarea mișcării de precesie pe un pat de nisip de cuarț.

Un pendul mai este amplasat și în corpul nou al Colegiului Național „Vasile Alecsandri” din Galați de pe data de 26 noiembrie 2011.

În Octombrie 2010, a fost instalat (sub coordonarea profesorului de fizică Galer Sorin) un Pendul Foucault în Botoșani, la Colegiul Național „A. T. Laurian”. Are 17,5 metri lungime și o masă de 25,6 kg. Este util în cadrul unor experimente didactice, dar a fost folosit și în confirmarea efectului Jeverdan-Rusu-Antonescu în timpul Eclipsei totale de Soare din 04.01.2011.

Pe la începutul secolului al XIX-lea, un savant român a efectuat un experiment cu Pendulul lui Foucault, la București, sub cupola Atheneului. Experimentul a fost atracția Capitalei pentru câteva luni. Despre această demonstrație scrie George Potra în „Istoria Bucureștilor”

Pendulul lui Foucault a constituit un experiment celebru pus în practică de către Jean Bernard Léon Foucault. Experimentul a confirmat rotaţia Pământului în jurul axei sale. A fost realizat pentru prima dată în faţa publicului în 1851, sub cupola Panteonului din Paris.

Jean Bernard Léon Foucault (1819 -1868) a fost un fizician francez cunoscut pentru acest montaj experimental care este amplasat şi astăzi în diverse locuri. De asemenea, Foucault s-a preocupat şi de calculul vitezei luminii, iar pe Lună există un crater care îi poartă numele.

Pentru realizarea experimentului a fost folosit un corp cu masa de 28 de kilograme, suspendat de un fir inextensibil de lungime egală cu 70 metri. Perioada de rotaţie a acestui pendul a fost de 17 secunde. La nivelul solului, direct sub punctul de suspensie, s-a aşezat un disc având raza de 3 metri în care s-a pus nisip. Un vârf metalic al corpului zgâria nisipul la fiecare oscilaţie. Pentru oscilaţii mici mişcarea corpului se făcea practic în planul orizontal al locului. S-a constatat că  într-o oră planul de oscilaţie s-a modificat cu un unghi de 11 grade. O rotaţie completă a planului de oscilaţie a avut loc în 32 ore.

Cauza principală a fenomenului Foucault este acţiunea forţei Coriolis. Forța Coriolis este o forţă de inerţie care se manifestă în cazul mişcării relative într-un sistem rotitor de coordonate. Un caz particular al acestei forţe apare în cazul rotaţiei Pământului, care se deplasează în jurul propriei axe cu o viteză de rotaţie mai mare la Ecuator decât la poli. Forța Coriolis este slabă la Ecuator şi creşte spre poli.

Consecinţele existenţei acestei forţe se referă la faptul că obiectele aflate în mişcare, curenţii atmosferici (alizeele) şi curenţii marini din emisfera nordică sunt deviaţi spre dreapta, iar în emisfera sudică spre stânga. Fenomenul poartă numele de efectul Coriolis şi este denumit după descoperitorul său, Gaspard de Coriolis (1792-1843).

Revenind la experiment şi admiţând că mişcarea pendulului este declanşată în emisfera nordică, pe meridian spre nord, atunci forţa Coriolis deplasează corpul spre est. La întoarcere forţa deplasează corpul spre vest, adică tot spre dreapta unui observator legat solidar de corp.

Distingem două situaţii. Dacă mişcarea este declanşată fără viteză iniţială, din poziţia extremă, în planul orizontal local, corpul nu se va mişca pe diametrul cercului, ci va descrie o formă complexă de roză, prin deviere permanentă spre dreapta, fără să treacă prin centrul cercului. Dacă însă pendulul porneşte cu viteză iniţială din centrul cercului orizontal el va trece mereu prin centru.

„Întregul Univers se află în marea sală a Panteonului din Paris. El dirijează pendulul fixat de cupolă”, afirma fizicianul german Mach.

Aşadar, aparent putem vorbi de o rotaţie a planului de oscilaţie al pendulului, însă în realitate cel care se roteşte este chiar Pământul, planul de oscilaţie rămânând fix. Dar problema nu se rezolvă definitiv astfel, pentru că nu există mişcare absolută. Rotaţia Pământului trebuie să fie raportată la un corp care nu se mişcă.