Il pendolo di Foucault
Il pendolo di Foucault deve il proprio nome a Jean Bernard Léon Foucault, il fisico francese che lo inventò allo scopo di dimostrare la rotazione della Terra: esso si basa sugli effetti della forza di Coriolis.
Il pendolo di Foucault, in pratica, è un pendolo di lunghezza significativa, che viene lasciato libero di oscillare per diverse ore. A ogni latitudine della Terra, eccezion fatta per l’equatore, si nota una lenta rotazione del piano di oscillazione del pendolo. In particolare, al Polo Sud e al Polo Nord la rotazione completa dura un giorno siderale: mentre la Terra ruota, il piano di oscillazione rimane fermo, rispettando la legge del moto di Newton. Il piano alle altre latitudini ruota con un periodo inversamente proporzionale al seno della latitudine: per esempio a trenta gradi la rotazione si verifica ogni due giorni; a quarantacinque gradi ogni 1.4 giorni.
Il primo pendolo di Foucault era costituito da una massa notevole: una sfera di ventotto chili, sospesa con un filo lungo 67 metri alla cupola del Pantheon di Parigi. Fu presentato al pubblico nel 1851, e lo scopo originale per il quale era stato realizzato era quello di tracciare linee di direzione sempre uguale, sulla base della legge dell’inerzia. Ma ciò non accadde.
Nel pendolo di Foucault la rotazione avviene in senso antiorario nell’emisfero australe e in senso orario nell’emisfero boreale: su tale principio si fonda, per altro, l’invenzione (dello stesso Foucault) del giroscopio, il cui asse del rotore segue le stelle fisse e ruota una volta al giorno a qualsiasi latitudine. Insomma, l’esperimento del pendolo di Foucault rappresenta la più evidente dimostrazione della rotazione che la Terra compie intorno al proprio asse. Esso risulta piuttosto difficile da costruire, in quanto sono sufficienti minime imprecisioni per provocare errori di oscillazione che alterano o nascondono gli effetti della rotazione del nostro pianeta. Va notato, inoltre, che l’oscillazione viene frenata dalla resistenza all’aria: per questo motivo i pendoli nei musei sono dotati di un elettromagnete che consente di mantenere il sistema in moto.
L’idea del pendolo di Foucault si fonda su una caratteristica del pendolo: nel momento in cui esso è soggetto unicamente alla forza di gravità (e quindi non ad altre forze esterne, come per esempio le forze di attrito), è in grado di conservare il proprio piano di oscillazione.
L’esperimento di Foucault è stato ripetuto, tra l’altro, nel 1931 a San Pietroburgo, con un pendolo di 54 chili e di 93 metri attaccato in cima alla cupola della cattedrale di Sant’Isacco: il suo periodo di oscillazione era di venti secondi, con un’ampiezza di oscillazioni di cinque metri. In pratica, ogni oscillazione era caratterizzata da uno spostamento di sei millimetri, il che rendeva visibile l’effetto della rotazione della Terra nel giro di pochissimi minuti.
Il pendolo di Foucault si basa, come detto, sulla forza di Coriolis. In un sistema di riferimento rotante (cioè la Terra) un punto materiale subisce non solo la forza centrifuga, ma anche la forza di Coriolis, che è un’altra forza inerziale: la forza di Coriolis associata alla rotazione del nostro pianeta risulta debole, a causa del fatto che la Terra in un giorno compie solo una rotazione intorno al proprio asse. Nel momento in cui la forza di Coriolis agisce per un periodo di tempo sufficientemente lungo, invece, la traiettoria del punto materiale in movimento devia (verso sinistra nell’emisfero meridionale e verso destra nell’emisfero settentrionale). E’ quello che accade con il pendolo di Foucault.
