Pêndulo de Foucault

O pêndulo de Foucault é um pêndulo que oscila livremente que consiste em um peso pesado pendurado por um fio longo e que oscila em uma direção constante que parece mudar, mostrando que a Terra gira

O pêndulo de Foucault é um pêndulo que demonstra a rotação da terra exibindo uma aparente mudança em seu plano de oscilação.

O pêndulo de Foucault é um pêndulo que consiste em um peso pesado na extremidade de um longo fio pendurado em um ponto fixo, do tipo inventado por Jean Foucault para demonstrar que a Terra está girando: embora o peso continue oscilando dentro de um único plano, seu caminho parece um observador para mudar progressivamente ao longo do tempo.

O pêndulo de Foucault é um pêndulo simples suspenso por um longo fio e posicionado em movimento ao longo de um meridiano.

O plano de movimento parece girar no sentido horário no Hemisfério Norte e no sentido anti-horário no Hemisfério Sul, demonstrando a rotação axial da Terra.

O que é o pêndulo de Foucault?

Um pêndulo de Foucault, como outros pêndulos, consiste em um peso pendurado em uma corda ou arame.

O peso é elevado e, em seguida, solto, e o pêndulo gira para frente e para trás no plano vertical, até que o atrito com o ponto de fixação acima, ou o ar ao redor, diminua a velocidade. Então o pêndulo, como um balanço, precisa de outro empurrão para fazê-lo funcionar novamente.

Em algum momento antes de meados do século XIX, o físico Leon Foucault percebeu que, se ele pudesse prolongar o tempo em que um pêndulo oscila antes de parar e remover o atrito de seu apego acima, a Terra podia ser vista girando para fora, demonstrando assim que estava. a Terra girando sob o céu e não o contrário.

Foucault sabia que quanto maior o fio preso ao peso, mais lento seria o balanço de seu pêndulo. Ele podia prender a corda acima a um alfinete quase sem atrito e, se usasse um peso muito grande, o pêndulo balançaria tão lentamente que pareceria mudar de direção, à medida que a Terra se afastasse. A desvantagem era que, como o pêndulo de Foucault era o maior pêndulo já criado, Foucault precisava de um edifício com um teto muito alto. O Panteão, um gigantesco mausoléu com entrada em colunas e teto alto em abóbada, foi oferecido, e o pêndulo de Foucault tinha uma casa.

O pêndulo de Foucault não apenas prova que a Terra gira em torno de seu eixo, mas como um giroscópio, uma máquina que gira livremente e que não muda de direção a menos que seja empurrada, ilustra a primeira lei do movimento de Newton.

A razão pela qual a Terra pode sair do pêndulo é que o pêndulo está em movimento e não mudará seu movimento para coincidir com o da Terra, a menos que alguma força adicional aja para fazê-lo. Houve um problema, porém, com a demonstração. O pêndulo de Foucault no Panteão de Paris, na França, levou mais de trinta horas para atingir sua posição original, mais do que o tempo necessário para a Terra concluir uma rotação.

Uma equação simples informa aos pesquisadores a latitude necessária para que o pêndulo de Foucault seja mais eficaz, e a equação prevê que, no equador, a Terra não girará para fora do pêndulo.

Se Leon Foucault tivesse feito seu experimento no equador, ele não teria visto nenhuma mudança na direção do pêndulo, apenas um movimento de vaivém. Os polos norte e sul também são locais ideais para o experimento.

No Pólo Norte, como se estivesse suspenso da Estrela do Norte, o pêndulo de Foucault permitiria que a Terra girasse debaixo dela em exatamente 24 horas.

Vídeos estão disponíveis online para ilustrar as gradações de movimento do pêndulo de Foucault entre o equador e os pólos.

Hoje, existem milhares de metros alojados principalmente em universidades e instituições científicas em todo o mundo. Esses pêndulos não estarão em movimento perpétuo, uma vez que, com a perda de energia, o peso aumentará para níveis cada vez mais baixos, até que aponte para o centro da Terra e pare. Para iniciar o pêndulo, originalmente, uma corda era usada para elevar o peso a uma altura máxima. A corda foi então incendiada, de modo que, quando queimou, nenhuma força adicional afetou o movimento do pêndulo na inicialização. Os pêndulos modernos geralmente empregam dispositivos magnéticos para iniciar e manter o pêndulo em movimento.

Pêndulo de Foucault – Física

Pêndulo de Foucault, massa relativamente grande suspensa de uma longa linha montada para que seu plano de balanço perpendicular não fique confinado a uma direção específica e, de fato, gire em relação à superfície da Terra.

Em 1851, o físico francês Jean-Bernard-Léon Foucault montou em Paris os primeiros pêndulos desse tipo, um dos quais consistia em uma bola de ferro de 28 kg suspensa de dentro da cúpula do Panthéon por um fio de aço de 67 metros de comprimento movimento puxando a bola para um lado e soltando-a com cuidado para começar a girar em um avião.

A rotação do plano de balanço dos pêndulos de Foucault foi a primeira demonstração laboratorial da rotação da Terra em seu eixo.

Enquanto um pêndulo de Foucault gira para frente e para trás em um plano, a Terra gira abaixo dele, de modo que existe um movimento relativo entre eles.

No Pólo Norte, latitude 90 ° N, o movimento relativo visto de cima no plano da suspensão do pêndulo é uma rotação da Terra no sentido anti-horário uma vez aproximadamente a cada 24 horas (mais precisamente, uma vez a cada 23 horas 56 minutos 4 segundos, o duração de um dia sideral). Do mesmo modo, o plano do pêndulo, visto de cima, parece girar no sentido horário uma vez por dia.

Um pêndulo de Foucault sempre gira no sentido horário no Hemisfério Norte com uma taxa que se torna mais lenta à medida que a localização do pêndulo se aproxima do Equador.

Os pêndulos originais de Foucault em Paris giravam no sentido horário a uma velocidade de mais de 11 ° por hora ou com um período de cerca de 32 horas por rotação completa. A taxa de rotação depende da latitude.

No Equador, 0 ° de latitude, um pêndulo de Foucault não gira. No Hemisfério Sul, a rotação é no sentido anti-horário.

A taxa de rotação de um pêndulo de Foucault pode ser declarada matematicamente como igual à taxa de rotação da Terra multiplicada pelo seno do número de graus de latitude.

Como a Terra gira uma vez por dia sideral, ou 360° aproximadamente a cada 24 horas, sua taxa de rotação pode ser expressa em 15° por hora, o que corresponde à taxa de rotação de um pêndulo de Foucault no Pólo Norte ou Sul. A 30° N de latitude – por exemplo, no Cairo ou em Nova Orleans – um pêndulo de Foucault giraria a uma taxa de 7,5° por hora, pois o seno de 30° é igual à metade.

A taxa de rotação de um pêndulo de Foucault em qualquer ponto é, de fato, numericamente igual ao componente da taxa de rotação da Terra perpendicular à superfície da Terra naquele ponto.

História do pêndulo de Foucault

O pêndulo de Foucault foi inventado por acidente.

Em 1848, Leon Foucault estava montando uma haste comprida e fina de metal em seu torno. Ele “mexeu” e o fim do pedaço de metal começou a subir e descer. Se você tratar o mandril do torno como um relógio, o fim vibrou das 12 horas às 6 horas, e de volta às 12 horas, e assim por diante. Ele girou lentamente o mandril em 90 graus. Mas o fim da barra de metal vibrava constantemente entre 12 e 6 horas!

Isso colocou Leon Foucault pensando. Ele montou um pequeno pêndulo na furadeira. Ele colocou o pêndulo oscilando e depois começou a furadeira. Mais uma vez, o pêndulo continuou balançando em seu plano original e ignorou o fato de que seu ponto de montagem estava girando.

Ele então construiu um pêndulo de 2 metros de comprimento com uma bola de 5 kg em sua oficina em sua adega. Antes que a amplitude do balanço diminuísse totalmente, ele viu que o peso na extremidade do pêndulo parecia girar no sentido horário. Agora que estava convencido do princípio, ele construiu um segundo pêndulo com um fio de 11 metros no Observatório de Paris, que também girava no sentido horário.

Foi-lhe pedido que construísse algo “grande” para a Exposição de Paris de 1850, e ele construiu um Pêndulo Foucault de 67 metros de altura no Panthon – uma igreja parisiense também conhecida como a igreja de Saint Genevi ve.

Ele se esforçou bastante para garantir que o fio fosse perfeitamente simétrico em sua metalurgia. Ele usou uma bola de canhão de 28 kg. Uma caneta foi colocada sob a bola e a areia foi espalhada sob o caminho potencial da bola, de modo que a caneta cortasse um rastro na areia.

A bola foi puxada para um lado e mantida no lugar com um barbante. Com muita cerimônia, a corda foi incendiada, e a bola começou a descrever um caminho bonito e reto (não elíptico) na areia. Em alguns minutos, o pêndulo começara a girar um pouco no sentido horário – e a linha reta estreita anterior na areia se alargara para parecer uma hélice de duas pás. O experimento foi um sucesso! A Terra girou “sob” seu pêndulo.

Por isso, foi possível, em 1850, montar um experimento dentro de uma sala que não tinha vista para o mundo exterior e provar que a Terra girava!

No ano seguinte, Foucault repetiu seu experimento com o pêndulo com um enorme peso giratório. Ele mostrou que esse peso, assim como seu pêndulo, ignorava os efeitos locais e se alinhava com as estrelas distantes.

Ele havia inventado o giroscópio!

Em 1955, o Sr. H. Luns, o Ministro das Relações Exteriores holandês apresentou às Nações Unidas um Pêndulo de Foucault para instalação no hall de entrada do prédio das Nações Unidas em Nova York.

Em outubro de 1995, o Pêndulo Foucault original foi reinstalado no Pantheon, usando a bola de latão revestida com chumbo original.

Pêndulo de Foucault

Fonte: www.brown.edu/www.si.edu/www.telegraph.co.uk/www.merriam-webster.com/www.wisegeek.org/www.geophysik.uni-muenchen.de/www.animations.physics.unsw.edu.au