1. La demostración del péndulo de Foucault en el Observatorio de París en 1851
El 3 de febrero de 1851, la sala del meridiano del Observatorio de París estaba llena de expectación. Los testigos principales de la demostración fueron los directores del observatorio, Arago y Poiret. El hombre que realizó el experimento era Léon Foucault, un científico amateur que no tenía renombre en la academia. Utilizó un péndulo de 11 metros de altura. [2]
Se dice que Foucault había probado el concepto a principios de ese mismo año en el sótano de su casa. Allí usó un alambre de acero de 2 metros con una pesa de latón de 5 kilogramos. Una vez que tuvo resultados prometedores con el péndulo pequeño, pasó al gran péndulo del observatorio. [4]
El péndulo simplemente oscilaba con calma. Sin embargo, la dirección de su oscilación comenzó a girar poco a poco. Según los documentos del museo, muchos físicos presentes quedaron impactados, pensando: "¿Cómo es posible que nadie haya pensado en algo tan simple?". Es importante notar que esta frase es una descripción del efecto en los asistentes, no un registro literal de sus palabras. [2]
2. Por qué el péndulo mantiene su dirección y lo que gira es el suelo
Un péndulo tiene la propiedad de mantener su dirección de oscilación constante en relación con el espacio, siempre que no reciba fuerzas laterales que la alteren. Es decir, su dirección es fija respecto al universo. [1]
Por otro lado, el suelo bajo el péndulo se mueve debido a la rotación de la Tierra. Si observas desde un suelo que se mueve un péndulo que oscila en una dirección fija respecto al espacio, parecerá que la dirección del péndulo gira. En el hemisferio norte, este giro se ve en sentido horario (hacia la derecha). [1]
Debes recordar que no es el péndulo quien cambia su dirección por sí mismo. Lo que cambia es la perspectiva del suelo que observas. Para entenderlo, imagina que colocas un lápiz sobre un plato de papel y lo mueves de ida y vuelta manteniendo la misma dirección respecto a la mesa, mientras giras el plato lentamente con la otra mano. Sobre el plato quedarán líneas que parecen cambiar de dirección. La relación entre el péndulo y la Tierra es similar a este ejemplo del plato, aunque es solo una analogía para visualizar el fenómeno. [1]
3. El gran péndulo de 67 metros del Panteón de París
Aproximadamente un mes después del experimento del observatorio, en marzo de 1851, se realizó una demostración pública aún mayor en el Panteón de París. Dado que el edificio es enorme, se utilizó un péndulo hecho con un cable de piano de 67 metros de longitud y una pesa de aproximadamente 28 kilogramos. [2] [5]
Se cuenta que la autorización para usar el lugar la dio el presidente de la época, Luis Napoleón (quien luego sería Napoleón III). Hubo una gran multitud de espectadores. [2]
También se han transmitido detalles sobre cómo se soltó la pesa. Si se soltaba con la mano, se introducía una fuerza lateral no deseada. Para evitar esto, se dice que se quemó el hilo que sostenía la pesa, iniciando el movimiento desde una velocidad cero. Esto muestra que la clave del experimento era que el péndulo no recibiera ningún impulso adicional. [5]
Ante los ojos del público, la dirección de oscilación giró lentamente. En París, el giro ocurre a un ritmo de aproximadamente 11 grados por hora. [5]
4. Cuánto tarda el péndulo en dar una vuelta según la latitud, en Tokio y en París
En los polos norte y sur, la dirección de oscilación del péndulo completa una vuelta en aproximadamente 1 día. A medida que la latitud disminuye, la velocidad de giro se hace más lenta. [3]
La velocidad de giro se puede calcular con la fórmula "15 grados × sin(latitud)" por hora. La Tierra gira 360 grados en unas 24 horas, lo que equivale a unos 15 grados por hora. En el Polo Norte, el valor es directamente 15 grados. Cuanto menor es la latitud, menor es la parte de esa rotación que se transmite al péndulo. [3]
Hagamos el cálculo para Tokio (latitud norte de aproximadamente 35,7 grados). El seno de 35,7 grados es aproximadamente 0,58. Al multiplicar 15 por 0,58, obtenemos unos 8,8 grados por hora. Si dividimos 360 grados entre 8,8 grados, el resultado es que tarda unas 41 horas en dar una vuelta. Este valor para Tokio aparece también en los diccionarios. [3]
En París (latitud norte de aproximadamente 48,9 grados), el seno es aproximadamente 0,75. Al multiplicar 15 por 0,75, obtenemos unos 11 grados por hora, y una vuelta completa tarda unas 32 horas. Este cálculo coincide con los datos de la versión en inglés de Wikipedia. En París, el giro es mucho más rápido que en Tokio. [5]
5. Qué pasa con el péndulo en el ecuador y en el hemisferio sur
Si aplicamos la fórmula al ecuador, donde la latitud es 0 grados, el seno de 0 es 0. Por lo tanto, la velocidad de giro es 0. En el ecuador, la dirección de oscilación del péndulo no gira. [3]
Al sur del ecuador, en el hemisferio sur, la dirección de giro se invierte. Mientras que en el hemisferio norte es horario, en el hemisferio sur es antihorario (hacia la izquierda). [2] [3]
Debido a que el equipo es simple, este experimento fue verificado rápidamente en muchos lugares. Los documentos del Museo de Ciencias de Osaka indican que se realizó no solo en Francia, sino también en Reino Unido y Sudamérica, confirmando que la dirección de rotación se invierte en el hemisferio sur. [2]
En el Polo Norte tarda unos 1 día, en Tokio unos 41 horas, en el ecuador no gira y en el hemisferio sur gira al revés. La forma de girar cambia claramente según el lugar. Esto ocurre porque está ligado a la rotación de la Tierra bajo nuestros pies. Esta diferencia según la latitud se convirtió en una prueba de que la Tierra está girando. [2] [3]
6. Cómo reproducir el giro con un plato de papel y dónde verlo en un museo
Puedes probar la relación entre el péndulo y el suelo usando un plato de papel y un lápiz en casa. Haz un pequeño punto en el centro del plato. Desde ese punto, mueve el lápiz de ida y vuelta manteniendo siempre la misma dirección respecto a la mesa. Con la otra mano, gira el plato lentamente. [1]
Sobre el plato quedarán líneas que se desvían en dirección. Esto muestra visualmente que, si la dirección del péndulo no cambia pero el suelo gira, la dirección vista desde el suelo parece girar. Ten cuidado: la punta del lápiz es afilada, así que no la apuntes hacia las personas. [1]
También hay lugares donde puedes ver un péndulo real. En el Museo de Ciencias de Nagoya hay un péndulo con una pesa de 81 kilogramos, de 27,9 metros de longitud y 27 centímetros de diámetro, que se pone en marcha cada mañana. En Japón, se dice que estos péndulos se han instalado en museos de ciencias de todo el país desde antes de la guerra. [1] [2]
Si visitas un museo de ciencias, observa la dirección de oscilación del péndulo y compárala varias veces con las marcas en el suelo. Después de varias decenas de minutos, quizás notes que la dirección se ha desviado ligeramente. También puede ser divertido comparar lo que ves con el valor calculado para la latitud de tu ciudad. [1]