Pendolo di Foucault: la prova visibile della rotazione terrestre

Che la Terra ruoti su sé stessa lo sanno anche i bambini: questa informazione, però, non è stata sempre così scontata nel corso dei secoli. L’esperimento del pendolo di Foucault rappresenta una brillante prova della rotazione terrestre e, conseguentemente, di molte altre cose, come che la Terra sia sferica e non piatta.

Cos’è il pendolo di Foucault e come funziona

Il pendolo di Foucault è un esperimento, ideato dal fisico francese Jean Bernard Léon Foucault, nato con l’obiettivo di dimostrare la rotazione della Terra su sé stessa.

L’apparato strumentale dell’esperimento, installato e mostrato per la prima volta al Pantheon di Parigi nel 1851, era composto da una palla di cannone attaccata al soffitto mediante un cavo di acciaio lungo 67 metri. La palla di cannone terminava, nella parte sottostante, con un puntale che indicava verso il basso, il cui scopo era quello di mettere in evidenza la traiettoria oscillante del pendolo.

L’esperimento consisteva nel mettere in oscillazione il pendolo semplicemente spostandolo dalla sua posizione di equilibrio. A questo punto le possibili vie erano due: se la Terra fosse stato un sistema di riferimento inerziale, quindi non in rotazione su sé stessa, si sarebbe dovuto osservare il pendolo oscillare sempre lungo lo stesso piano, tracciando un’unica linea sul pavimento; se, invece, la Terra fosse stata in rotazione su sé stessa, si sarebbe dovuto osservare il pendolo oscillare seguendo una traiettoria più complessa, con delle variazioni continue del piano d’oscillazione del pendolo.

Cosa sarà stato osservato?

Dimostrazione della rotazione terrestre

Quando il pendolo, nell’8 gennaio del 1851, fu spostato dalla sua posizione di equilibrio e lasciato libero di oscillare, si osservò che esso cambiava di continuo il piano di oscillazione, dimostrando di fatto la non inerzialità del sistema pianeta Terra e quindi la sua rotazione su sé stessa.
Ma perché? Come sono collegate le due cose?

Il funzionamento del pendolo di Foucault è basato sul principio di inerzia: esso afferma che, se un corpo non è soggetto a forze esterne, esso mantiene imperturbato il suo stato di moto, che sia in quiete se era fermo o che sia in moto rettilineo uniforme se era in movimento.

Da questo principio si ottiene che, se un pendolo viene lasciato libero di oscillare in un sistema in cui agisce solo la forza di gravità e non altre forze, esso oscilla sempre nello stesso piano, tracciando un segmento sul pavimento.

Non si osserva, però, una situazione del genere: il pendolo, nella realtà, oscilla seguendo una traiettoria più complessa, con il piano di oscillazione varia nel tempo. Deve esistere, quindi, un’ulteriore forza che agisce sul nostro pendolo: la forza di Coriolis.

La forza di Coriolis è una forza apparente a cui risulta soggetto un corpo quando ne si osserva il moto da un sistema di riferimento in rotazione rispetto ad un sistema di riferimento inerziale. Quindi, data l’osservazione della traiettoria del pendolo, l’azione della forza di Coriolis su di esso dimostra la rotazione della Terra.

Costruzione e osservazione di un pendolo di Foucault

Un pendolo di Foucault non è così banale da costruire o, meglio, per rendere l’osservazione del fenomeno più evidente, è bene seguire certe accortezze tecniche durante la sua costruzione.

Per rendere più visibile la variazione del piano d’oscillazione, è necessario aumentare il più possibile la lunghezza del pendolo. Questo perché il periodo del pendolo è proporzionale alla sua lunghezza e, quindi, a cavi più lunghi corrispondono periodi di oscillazione maggiori, con i quali ci si rende conto più facilmente della variazione angolare del pendolo.

Bisogna tenere in considerazione, inoltre, che la forza di Coriolis dipende dalla latitudine: è massima ai poli e nulla all’equatore. Il periodo completo di rotazione ai poli, ad esempio, è di circa 24 ore, mentre alla latitudine di Parigi una completa rotazione avviene in 32 ore, essendo più debole la forza di Coriolis.

Quindi anche il luogo in cui viene installato questo esperimento è importante: farlo all’equatore, ad esempio, sarebbe completamente inutile, essendo nulla la forza di Coriolis.

Un altro fattore da tenere in considerazione è la dissipazione dell’energia. Se il pendolo venisse installato e lasciato libero di oscillare, infatti, dopo un po’ di tempo si fermerebbe a causa dell’azione frenante data dall’attrito con l’aria. Per ovviare a questo problema, in tempi recenti in alcuni pendoli di Foucault sono stati montati degli elettromagneti che danno una leggera spinta alla massa del pendolo al suo passaggio dalla verticale di equilibrio, impedendone la fermata.

Impatto storico e scientifico dell’esperimento

L’esperimento del pendolo di Foucault ha rappresentato, per l’epoca, una notevole conquista umana nel campo della conoscenza. È divenuto un simbolo del progresso scientifico e, contemporaneamente, uno spettacolare strumento didattico grazie al quale si sono potute avvicinare le grandi masse a concetti scientifici avanzati.

Il pendolo di Foucault è stata una delle prime dimostrazioni visibili della rotazione della Terra e, in quanto tale, ha anche messo a tacere molte delle rimaste teorie a favore della Terra piatta.

Sapevate che…

a cura di Nicola Salvemini