Descrizione del Pendolo di Foucault (I parte)

Quando Foucault nel 1851 mostrò alla stampa parigina il suo esperimento nella Sala del Meridiano dell’Osservatorio di Parigi, usò un pendolo costituito da una sfera cava di ottone riempita con piombo fuso, con una massa di 28 chili sospesa con un filo di acciaio alla volta del Pantheon, 67 metri più in alto.

Figura 1

Il pendolo veniva avviato allontanandolo dalla posizione di equilibrio (che nella figura è la posizione L) con un nastro che avvolgeva la palla, tirato orizzontalmente da uno spago. Lo spostamento dalla posizione di equilibrio L deve essere piccolo, nel senso che l’angolo non supera i 4 o 5 gradi, ma affinché l’esperimento riesca è che il pendolo sia inizialmente in quiete e che venga liberato senza imprimergli alcuna spinta laterale: solo così si avranno oscillazioni che si mantengono nel piano che passa per la verticale del punto di sospensione S e il punto da cui avviene il lancio (ossia L), ossia nel piano SLL’. Una partenza senza scosse si ottiene facilmente bruciando lo spago; nel momento in cui questo si spezza, il pendolo parte e il nastro che circonda la palla in maniera lasca cade a terra. Per bruciare lo spago Foucault si serviva di  un modernissimo ritrovato tecnologico: i fiammiferi svedesi che proprio quell’anno avevano iniziato ad essere prodotti a livello industriale.
Ritorniamo ancora sulla figura, ma questa volta di sinistra. L’oscillazione del pendolo avviene tra il punto di lancio L fino al punto, suo simmetrico, L’. Il moto del pendolo avviene lungo l’arco di circonferenza che passa per il punto di equilibrio V sulla verticale del punto di sospensione S. In poco più di 16 secondi, il pendolo del Pantheon compie un’oscillazione completa tornando al punto di partenza L. In realtà, il pendolo non torna esattamente nella posizione iniziale ma risulta spostato lateralmente di qualche millimetro; l’effetto non è molto appariscente, e in pendoli più corti di quello di Foucault è addirittura impercettibile. Ma, oscillazione dopo oscillazione, gli spostamenti si accumulano e dopo un’ora si può osservare una rotazione del piano di oscillazione del pendolo SLVL’ intorno alla verticale SV di un angolo phi. Nel Pantheon l’angolo phi è circa 11 gradi, e in meno di 32 ore il piano di oscillazione compie un giro completo intorno alla verticale SV.

Continua…

Un ringraziamento particolare va al Prof. Filippo Esposito, dell’Università Federico II di Napoli, che ha messo a disposizione nel web il testo “Il Pendolo di Foucault del Dipartimento di Scienze Fisiche” da cui ho tratto tutte le informazioni.

Sabrina

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Bobina

Per Silvio, relativamente alla sua domanda pubblicata qui sotto, in fondo all’articolo. In figura viene mostrata l’azione della bobina, posta nel punto V di equilibrio, sul magnete (posizionato sulla sfera oscillante del pendolo).

Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.
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7 risposte a Descrizione del Pendolo di Foucault (I parte)

  1. Monica dice:

    Farò attenzione ai prossimi post perché il pendolo è davvero affascinante e voglio capirne la dinamica.
    Monica

  2. Amedeo dice:

    Io non avevo capito come facesse Foucault a misurare l’angolo di cui ruotava il piano di oscillazione, ma in effetti la spiegazione di Sabrina è stata illuminante: ogni mezz’ora Foucault fermava il pendolo, misurava l’angolo che lasciava sulla sabbia e lo moltiplicava per due, ricavando la misura dell’angolo in un’ora. Tenendo conto che un giorno è costituito da 24 ore e che l’angolo giro è di 360 gradi, Foucault poteva misurare in quante ore il Pendolo faceva un’intera rotazione. O meglio, di quanto il piano ruotava.

    Grazie Sabrina!

  3. Giovanni dice:

    Io, invece, pur essndo a conoscenza della cura maniacale con cui si voleva assolutamente evitare di imprimere una spinta laterale al moto iniziale del pendolo, ignoravo il particolare dei fiammiferi svedesi. Chissà se ne producono ancora. Li si potrebbe chiamare i Fuochi di Foucault, per il loro contributo nella dimostrazione sperimentale della rotazione terrestre.

  4. Monica dice:

    Io non pensavo che bastasse un piccolo angolo di spostamento (4-5 gradi) dalla posizione di equilibrio per mettere in modo il pendolo; mi ha sorpreso anche il nastro legato attorno alla sfera… Incredibile, quante idee ingegnose si escogitano per gli esperimenti, utilizzando poi i fiammiferi svedesi! Si dovrebbe dedicare a Foucault, come dice anche Giovanni, i fiammiferi per il loro contributo notevole e fondamentale nel mettere in oscillazione il pendolo.

  5. Silvio dice:

    "… alla base, un dispositivo magnetico, comunicando il suo richiamo a un cilindro nascostp nel cuore della sfera, garantiva la costanza del moto …". Questa osservazione è contenuta nella prima pagina de: Il pendolo di Foucault"di Umberto Eco. Come funziona il magnete? Dovrebbe rallentare il movimento, non renderlo perpetuo.

  6. Sabrina dice:

    Ciao Silvio,

    per avere un pendolo che funzioni in permanenza con oscillazione costante, il sistema più comune è quello della spinta magnetica fornita da una bobina situata al di sotto del punto di equilibrio V che agisce su un potente magnete permanente posizionato nella parte inferiore della massa sospesa (la sfera del pendolo). A questo post allego una figura per spiegarti meglio il fenomeno. Qui, viene rappresentata schematicamente l'azione del campo magnetico prodotto dalla bobina (nel punto di equilibrio V) sul magnete permanente (della sfera): la forza attrattiva compie un lavoro sul pendolo man mano che si avvicina al punto di equilibrio V . Nella bobina non circola corrente finchè il magnete non giunge nella regione in cui il campo magnetico è apprezzabile. Quando si verifica questa condizione, un particolare circuito viene ad attivare il dispositivo di alimentazione della bobina. L'accensione è programmata: la corrente viene mantenuta a un valore costante nel verso che produce una forza attrattiva (per esempio, per 50 ms), dopodichè viene spenta per 80 ms – il tempo di passaggio in corrispondenza della zona centrale della bobina – e viene invertita in modo che la forza sia repulsiva – per altri 50ms, e infine spenta.
    A questo punto l'apparato è pronto per il successivo passaggio.
    Il valore di questa corrente viene regolato agendo su un reostato, fino ad ottenere l'ampiezza di oscillazione desiderata. In questo modo si dispone di una vera e propria manopola con cui si può regolare l'ampiezza massima delle oscillazioni.

    Spero di essere stata chiara. Se hai qualche altro dubbio, scrivi pure.
    Ciao, grazie per leggere il mio blog.
    Sabrina