Le forze che agiscono sul Pendolo di Foucault (V parte)

Pendolo Foucault
Sul pendolo agisce la forza gravitazionale terrestre. Inizialmente, su di esso non si imprime alcuna spinta iniziale, lo si lascia andare, e di conseguenza, il pendolo oscilla con un’oscillazione che però tende a smorzarsi nel tempo.

L’esperimento di Foucault è semplice, almeno in linea di principio, quando però si va a realizzarlo ci sono tante cause di perturbazione che causano una variazione dal moto “ideale”.
Prima di tutto, bisogna tener conto delle perdite di energia dovute all’attrito con l’aria e anche all’attrito interno nel punto di sospensione del pendolo che tendono a smorzare l’ampiezza di oscillazione fino a portare il pendolo alla quiete. La durata di un’oscillazione dipende dalla lunghezza del pendolo: un pendolo lungo si smorza più rapidamente di uno corto, per la maggiore resistenza sul filo di sospensione. Il pendolo del Pantheon è una sfera di ottone cava riempita di piombo, con diametro di 17 cm e una massa di 28 chili: rimane in oscillazione abbastanza a lungo prima che si arrivi allo stato di quiete. Con pendoli di questo peso c’è tutto il tempo per ottenere un angolo di rotazione ben evidente (come dire: il piano di oscillazione del pendolo ruota!). Nella dimostrazione del 1851, Foucault femava il pendolo ogni mezz’ora e poi lo rilanciava. Oltre allo smorzamento, l’aria può produrre delle spinte laterali che si producono in ambienti grandi, anche se chiusi. Con la lunghezza del filo e il peso della sfera di prima, si può dimostrare che queste forze sono comunque del tutto trascurabili rispetto alla forza di Coriolis.
Se si volesse realizzare un pendolo che funzioni continuamente con ampiezza costante, è necessario sistemare un sistema automatico che fornisca una potenza uguale a quella dissipata per attrito. 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 posizionato nella parte inferiore della sfera. Questo è quello che si fa nei comuni orologi a pendolo. Senza andare nei dettagli, si genera un potente campo magnetico che rende l’orbita ellittica, che è non chiusa. In realtà, anche se il pendolo è lasciato libero, senza alcun sistema che gli permetta un’ampiezza costante, a lungo andare la traiettoria diventa ellittica: fenomeno ben noto ai fabbricanti di orologi del settecento ed è sicuramente la difficoltà principale nel realizzare un pendolo di Foucault che oscilla in permanenza. La causa è dovuto al punto di sospensione del filo che viene a creare ulteriori oscillazioni trasversali.
Ancora una volta, senza andare nei dettagli, per risolvere il problema si utilizza un anello detto di Charron che serve da sostegno del pendolo, posto ad una certa distanza dal punto di sospensione: tanto più basso si trova da questo punto, tanto migliore è l’efficacia.

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” dove ho tratto tutte queste informazioni.

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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4 risposte a Le forze che agiscono sul Pendolo di Foucault (V parte)

  1. Sabrina dice:

    Questa è l’ultima parte legata al pendolo. Spero di essere stata utile e di aver permesso la comprensione del fenomeno, senza utilizzare formule o fare un’analisi troppo dettagliata e tecnica, che avrebbe rischiato di essere incomprensibile.
    Sabrina

  2. Amedeo dice:

    Chi avrebbe mai pensato che uno strumento così semplice provocasse moti così complessi (e quindi fosse anche difficile studiarne il moto) e la verifica empirica della rotazione della Terra!

  3. Francesca dice:

    Fin da piccola mi ha sempre affascinato il pendolo: papà mi portava spesso a vedere i musei della scienza e mi parlava degli esperimenti compiuti dai fisici nei secoli scorsi. Io ammiravo il tutto, lo riempivo di domande e… Finiva sempre con lo stancarsi prima di me…