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lunedì 3 novembre 2014

IL PENDOLO DI FOUCAULT (Foucault's Pendulum)


Jean Bernard Léon Foucault (Parigi, 18 settembre 1819 – Parigi, 11 febbraio 1868) è stato un fisico francese conosciuto per l'invenzione del Pendolo di Foucault, un'attrezzatura che serve a dimostrare la rotazione della Terra.

Egli inoltre fece misure della velocità della luce in mezzi diversi, ed inventò il giroscopio, scoprì le correnti indotte (correnti di Foucault). Il cratere Foucault sulla luna è dedicato a lui.


IL PENDOLO DI FOUCAULT

Una maniera per dimostrare la rotazione terrestre è I'esperienza di Foucault col pendolo a Parigi, nel Pantheon, I'anno 1851. Il principio sul quale essa si fonda è il seguente: secondo certe leggi della fisica un pendolo, una volta messo in oscillazione, continua sempre ad oscillare sullo stesso piano.

Possiamo persuadercene osservando quanto sotto indicato. Tutti abbiamo veduto, almeno in fotografia, una di quelle capanne girevoli che si fanno costruire in campagna allo scopo di avere sempre le finestre esposte al sole, oppure no, a volontà. Supponiamo ora di avere un pendolo sospeso al centro di un soffitto in una di tali costruzioni, in modo che sia libero di oscillare in qualsiasi direzione... 
Potremo allora fare I'esperimento seguente. Giriamo la costruzione in modo che il pendolo (ora immobile), il centro dell'apertura della porta, e un certo albero nel giardino si trovino esattamente allineati. Quindi facciamo oscillare il pendolo nella direzione della porta e dell'albero. Infine facciamo girare la costruzione in modo lento ed uniforme, senza scosse. Quando essa avrà fatto un quarto di giro, se I'esperimento è seguito con la cura necessaria, vedremo (per esempio da una finestra) che il pendolo oscilla ancora nella direzione dell'albero, ossia ad angolo retto con la nuova direzione della porta. 
Se io fossi rimasto dentro la capanna, e qualcuno l'avesse fatta girare a mia insaputa, avrei avuto con mia grande sorpresa l'impressione di vedere il pendolo a poco a poco cambiare il suo piano di oscillazione. Ma, vedendo che in realtà ha continuato ad oscillare nella direzione dell'albero, ne avrei concluso che la casa è stata girata di 90°.



Immaginiamo ora di sostituire alla casa girevole un edificio ordinario. In teoria (ma non in pratica, purtroppo), l'esperimento riesce più semplice se ci troviamo su uno dei poli della Terra. 
Supponiamo di costruirvi dunque un grandioso edificio a cupola, col vertice di questo alto un centinaio di metri da terra. Ivi appendiamo al nostro lungo pendolo, una fune che giunga al suolo, in fondo alla quale è attaccato un enorme peso (parecchi quintali). 
La massa pendolare porta inferiormente una punta, sottile come un ago. Sotto la massa pendolare disponiamo una tavola che abbia la forma di un piatto, coi suoi orli rilevati. Questa tavola viene ricoperta di sabbia sottile. 
Tutto l'apparato è fatto e disposto in modo che il pendolo, quando oscilla, traccia un solco nella sabbia. 
Facciamo il nostro esperimento durante la notte polare. Fuori è scuro. Postomi presso il pendolo immobile e guardando fuori della porta, io vedo una stella assai lucente che è elevata pochissimo sopra I'orizzonte. Adesso metto in oscillazione il pendolo. Lo faccio oscillare precisamente nella direzione di quella stella. Il primo solco sulla sabbia è tracciato. Il pendolo continua ad oscillare ed a sfiorare la sabbia con I'ago. Ma fin dalle prime oscillazioni si vede che il solco segnato dall'ago non è unico: nessuno dei solchi coincide col precedente. 
L'oscillazione continua: supponiamo che dopo sei ore duri ancora.
E che cosa osserveremo? Durante quelle sei ore la linea tracciata dall'ago si è spostata nella sabbia tanto che l'ultimo solco perpendicolare è al primo. E il pendolo non oscilla più in direzione della porta ma in una direzione che è ad angolo retto con quella della porta. 
Supponiamo che in questa direzione si trovi una finestra.
E che oca vedremo guardando quella finestra? Precisamente quella stella che sei ore fa vedevamo in direzione della porta, proprio quella. 
Dunque I'oscillazione del pendolo è rimasta per sei ore inalterata, sempre nella direzione di quella stella.

È accaduta la stessa cosa che è accaduta nella capanna girevole, con la differenza che ora invece dell'albero c'è una stella. Il piano di oscillazione del pendolo è rimasto lo stesso. Perciò non possiamo concludere che una cosa: anche I'edificio che abbiamo costruito al polo ha girato esattamente di un angolo retto in 6 ore.
Ossia il globo terrestre ha girato di un angolo retto in 6 ore.

Se sull'Equatore avessimo fatto oscillare il pendolo nel piano est-ovest, ossia nel piano nel quale la Terra gira, non ci sarebbe stata nessuna ragione perchè il piano di oscillazione del pendolo cambiasse rispetto alla Terra ossia alla cupola.

Su tale principio si fondò il famoso esperimento di Foucault nel Pantheon di Parigi nel 1851, prendendo le stesse disposizioni da noi prese per il nostro supposto esperimento polare.  Il risultato fu meraviglioso: fatte appena poche oscillazioni si vide che la traccia del pendolo sulla sabbia cambiava direzione.


Il pendolo di Foucault installato nel Pantheon di Parigi

  

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