Descrizione del Pendolo di Foucault (II parte)

Pendule_de_Foucault

Fonte Wikipedia

Il tempo necessario per compiere un giro non dipende dalle caratteristiche del pendolo; Foucault aveva già osservato un’identica rotazione in altri esperimenti che aveva fatto proprio nello stesso anno, prima con un pendolo di due metri nella cantina dove lavorava e poi con quello da 11 metri nell’esperimento della Sala del Meridiano. L’unico parametro importante è la latitudine geografica del luogo in cui viene effettuato l’esperimento: per esempio, alle nostre latitudini, un pendolo compie una rotazione di circa 10 gradi ogni ora, che equivale a un giro completo in 36 ore. Nell’emisfero boreale la rotazione avviene in senso orario, ha il valore massimo di 15 gradi al polo e decresce fino ad annullarsi all’equatore, per cambiare verso, diventando antioraria nell’emisfero australe, e raggiungendo un valore di –15 gradi al polo (phi è negativo per indicare una rotazione antioraria semplicemente). Guardiamo il grafico qui sotto.

Figura 2

La curva continua bianca rappresenta il risultato del calcolo teorico, i pallini ( a parte il Polo Nord, dove non si è fatto mai nessun esperimento) i valori osservati di phi per esperimenti realmente eseguiti nelle località geografiche indicate a lato.

L’esperimento al Polo Sud è stato fatto e lo si può trovare su:

www.phys-astro.sonoma.edu/people/students/baker/SouthPoleFoucault.html .

Una rotazione di 15 gradi ai poli equivale a un giro completo in 24 ore (anzi, 23 h e 56 minuti, tempo che impiega la Terra a compiere un giro attorno al proprio asse rispetto alle stelle fisse, quello che viene chiamato giorno sidereo); in altre parole, il piano di oscillazione del pendolo al Polo rimane immobile rispetto alla volta stellata mentre la Terra gli gira sotto. Alle altre latitudini anche il piano del pendolo ruota, ma in misura inferiore alla Terra; per esempio, ad una latitudine di Napoli (come vedi nella figura qui sopra), il pendolo ruota rispetto alle stelle fisse di 5 gradi all’ora, mentre il pavimento sottostanze ruota (come già visto) di 15 gradi (tieni conto che 15 gradi all’ora equivale a 360 gradi circa in 24 ore) e questo comporta la rotazione relativa di 10 gradi (15-5). L’influenza della latitudine sul moto del pendolo dipende dal fatto che il punto di sospensione S partecipa alla rotazione terrestre, compiendo un moto circolare lungo il parallelo passante per il sito di installazione. Si sbaglia quindi il protagonista del romanzo “Il Pendolo di Foucault” di Umberto Eco nell’esaltarsi per l’immobilità del piano di oscillazione del pendolo del Conservatorio delle Arti e dei Mestieri, mentre aveva ragione Foucault nell’esclamare “Guardate la Terra girare!” perché effettivamente l’esperimento mette in evidenza la rotazione della Terra.
Si può fabbricare un piccolo pendolo, per esempio con un piombino e una lenza da pesca, ed eseguire il seguente esperimento: tenendo la lenza da pesca con due dita, mettere in oscillazione il pendolo e osservare che se si mantiene il punto di sospensione fisso l’oscillazione avviene in un piano fisso (per la durata limitata della prova), mentre se si muove la mano in una traiettoria circolare, il piano di oscillazione ruota. Il raggio della circonferenza descritta dal punto di sospensione del pendolo di Foucault cresce via via che ci si muove dal polo all’equatore e ciò spiega la dipendenza dell’angolo phi dalla latitudine.

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.

Continua…

Sabrina

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 (II parte)

  1. Francesca dice:

    Confesso che è davvero incredibile concettualmente parlando che un una sfera e un filo possano permettere di spiegare la rotazione della Terra! La scienza spesso si avvale di sistemi fisici molto semplici per dimostrare le sue leggi (almeno nella fisica classica). Altre volte, invece, gli esperimenti da compiere per fare passi ulteriori nella comprensione dei fenomeni sono talmente complessi e irrealizzabili che bisogna escogitarne degli altri o aspettare che la tecnologia possa permettere il suo realizzo.

  2. Valeria dice:

    Io vorrei sapere una cosa, quanto misura il raggio della sfera dl pendolo?
    per favore rispondete cn un commento!! grazie

    • Sabrina dice:

      Il pendolo del Pantheon è una sfera di ottone cava riempita di piombo, con un diametro di 17 cm e massa 28 chilogrammi.
      L'esperimento di Foucault, molto semplice in linea di principio, presenta grosse difficoltà nella realizzazione pratica. Varie cause di perturbazione possono produrre in un pendolo reale un moto del tutto diverso da quello previsto dal modello ideale.
      Vi sono, prima di tutto, perdite di energia dovute all'attrito con l'aria e anche ad attrito interno nel punto di sospensione. Di conseguenza l'ampiezza di oscillazione si smorza fino a portare il pendolo alla quiete. Questo non ha un'influenza diretta sulla rotazione del piano di oscillazione, ma per evidenziare l'effetto occorre che il pendolo resti in oscillazione abbastanza a lungo. Questo si ottiene facilmente sospendendo un corpo di grande massa e piccole dimensioni.
      La durata delle oscillazioni dipende anche dalla lunghezza del pendolo; a parità di ampiezza angolare, un pendolo lungo si smorza più rapidamente di uno corto, per la maggiore resistenza sul filo di sospensione. In ogni caso, con pendoli pesanti come quello di Foucault, c'è tutto il tempo per ottenere un angolo di rotazione facilmente apprezzabile. Foucault, nella sua dimostrazione del 1851, arrestava il pendolo ogni mezz'ora, rilasciandolo dalla posizione raggiunta.
      A parte lo smorzamento, la pressione dell'aria può produrre spinte laterali casuali nel caso di moti convettivi o correnti di qualsiasi altra origine, che facilmente si producono in ambienti grandi, anche se chiusi.
      Grazie per la domanda, spero di esserti stata utile. Ciao, Sabrina

  3. Cara dice:

    Sono andata poco tempo fa a Parigi e l'ho visto: è una cosa strabiliante!!!!!!!

  4. Cara dice:

    Quanto misura il raggio della sfera del pendolo?

    • Sabrina dice:

      Ciao Cara, il pendolo del Pantheon è una sfera di ottone cava riempita di piombo, con un diametro di 17 cm e massa 28 chilogrammi.
      L'ho visto anch'io a Parigi: vederlo oscillare è un'emozione che toglie il respiro!
      Grazie Cara per i tuoi commenti! Ciao, sabrina