https://frosthead.com

¿Cómo prueba el péndulo de Foucault que la Tierra gira?

El 3 de febrero de 1851, un francés de 32 años, que abandonó la escuela de medicina y se metió en la fotografía, demostró definitivamente que la Tierra realmente giraba, sorprendiendo al establecimiento científico parisino.

Actuando sobre una corazonada, Léon Foucault había determinado que podía usar un péndulo para ilustrar el efecto del movimiento de la Tierra. Llamó a un grupo de científicos, incitándolos con una nota que decía: "Estás invitado a ver girar la Tierra". Foucault colgó un péndulo del techo de la Sala Meridian del Observatorio de París. Mientras barría el aire, trazó un patrón que efectivamente demostró que el mundo giraba alrededor de un eje.

Un mes después, Foucault compartió su experimento con todo París en el majestuoso edificio del Panteón. Según la Sociedad Estadounidense de Física, suspendió de la elevada cúpula del Panteón un bob de latón de 61 libras con un cable de 220 pies. A medida que se balanceaba hacia adelante y hacia atrás, el extremo puntiagudo del bob trazó líneas en la arena que se había vertido sobre una plataforma de madera. Con el tiempo, el ángulo de estas líneas cambió, sugiriendo a los miembros de la audiencia que la dirección del recorrido del péndulo estaba cambiando bajo la influencia de un movimiento de rotación no percibido, el de la Tierra.

Foucault pudo demostrar un concepto científico de una manera que la persona promedio podría comprender fácilmente, dice Rebecca C. Thompson, directora de divulgación pública de la APS. Durante siglos, se creía comúnmente que la Tierra giraba sobre un eje. Pero fue Foucault quien disipó las dudas persistentes de una vez por todas, estableciendo el fenómeno firmemente en el ámbito de los hechos. "Realmente comenzó el cambio cultural para comprender fundamentalmente nuestro universo de manera diferente", dice Thompson.

El experimento fue un éxito, atrajo a bandadas de parisinos fascinados y catapultó a Foucault a la fama. Los péndulos basados ​​en los cálculos de Foucault comenzaron a aparecer en todo el mundo, y todavía son características icónicas de muchos museos de ciencias en los Estados Unidos y otros países.

La Institución Smithsonian convirtió un péndulo en un punto focal de su Museo de Historia y Tecnología (que más tarde se convirtió en el Museo Nacional de Historia Americana). El edificio, que se inauguró en 1964 en el National Mall en Washington, DC, fue diseñado a propósito para acomodar un péndulo. Colgaba del techo del tercer piso y se extendía 71 pies a través del centro del edificio, donde se balanceaba lenta y rítmicamente a través de un círculo imaginariamente blasonado en el primer piso. El péndulo de Smithsonian estaba destinado a ser visto desde arriba, en el segundo piso.

Un aparato de péndulo inspirado en Foucault en el museo CosmoCaixa de Barcelona, ​​España. A medida que la trayectoria del péndulo cambia debido a la rotación de la Tierra, la sacudida gradualmente golpeará todas las varillas verticales alrededor de la circunferencia del círculo. Un aparato de péndulo inspirado en Foucault en el museo CosmoCaixa de Barcelona, ​​España. A medida que la trayectoria del péndulo cambia debido a la rotación de la Tierra, la sacudida gradualmente golpeará todas las varillas verticales alrededor de la circunferencia del círculo. (Wikimedia Commons)

Mirando hacia abajo, los visitantes verían una sacudida simétrica de latón hueco que pesa alrededor de 240 libras y tiene la forma de una lágrima invertida. A medida que se movía hacia adelante y hacia atrás, facilitado por un impulso electromagnético para mantenerlo oscilando continuamente a pesar de la resistencia del aire y las vibraciones en el cable, derribaba pernos de una pulgada o más altos que se encuentran en puntos fijos a lo largo de la circunferencia de un círculo pequeño. Con el tiempo, los espectadores podían ver la dirección del cambio de oscilación del péndulo, lo que implicaba que la Tierra giraba debajo de ellos.

El péndulo de Smithsonian, como todos los péndulos, se movió de acuerdo con la ley seno de Foucault, que predice cuánto se distorsionará la trayectoria de un péndulo cada día en función de su latitud. En ausencia de fuerzas exteriores, un péndulo se movería hacia adelante y hacia atrás en un solo plano para siempre; no habría un cambio angular gradual. Pero la Tierra está girando, por lo que la historia no es tan simple.

Dado que todos los puntos en la superficie de la Tierra giran como una unidad, se deduce que aquellos ubicados en las partes más anchas del planeta, más cerca del ecuador, deben cubrir más metros cada segundo (es decir, ir más rápido) para "mantenerse al día" con el trazado de puntos círculos más pequeños cada día en las latitudes extremas del norte y sur. Aunque no lo sienten, una persona parada en Quito, Ecuador, se mueve con una velocidad apreciablemente más alta que una en Reykjavik, Islandia.

Debido a que cada oscilación de un péndulo lo lleva desde un punto más alejado del ecuador hasta un punto más cercano al ecuador y viceversa, y las velocidades en estos puntos difieren, la trayectoria del péndulo se distorsiona sutilmente con cada oscilación, alejándose gradualmente de ella Su orientación original. El alcance de este efecto depende de en qué parte de la Tierra se balancee el péndulo.

En el Polo Norte, donde los pequeños cambios en la latitud tienen grandes implicaciones, el camino trazado por un péndulo cambiaría 360 grados en solo 24 horas, explica Thompson. Mientras tanto, en el ecuador, el movimiento de un péndulo no se vería distorsionado en absoluto.

Utilizando su ley senoidal, Foucault predijo que el camino de su péndulo en París cambiaría 11.25 grados por hora, o 270 grados en un día. Y lo hizo.

El péndulo del Smithsonian fue finalmente desmantelado debido a que no tenía mucho que ver con la historia estadounidense, el nuevo enfoque del antiguo Museo de Historia y Tecnología. El péndulo del Smithsonian fue finalmente desmantelado debido a que no tenía mucho que ver con la historia estadounidense, el nuevo enfoque del antiguo Museo de Historia y Tecnología. (Archivos de la Institución Smithsonian)

Su ley sinusoidal permite que cualquier persona con una buena base en trigonometría use un péndulo para determinar su latitud. Pero sobre todo, en los museos de todo el mundo, el péndulo se ha convertido en un objeto que despierta asombro.

Tan icónico como el elefante que saluda a los visitantes en la rotonda del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian, el péndulo en el museo de Historia y Tecnología fue un lugar de encuentro, un sorprendente telón de fondo para la reflexión y la educación. "Era muy parecido a una fuente en un parque", dice Peter Liebhold, curador de la división de trabajo e industria del Museo de Historia de Estados Unidos.

Tanto niños como adultos miraban fijamente el péndulo, meditando sobre su movimiento y significado. Una mañana de 1998, antes de que el museo se abriera, el cable se rompió, enviando al enorme bob hacia el piso, por poco falta un miembro del personal.

En lugar de reparar el cable, el museo decidió retirar el péndulo de Foucault. Su director en ese momento decidió que el dispositivo no tenía mucho que ver con Estados Unidos o la historia, dice Liebhold.

La decisión dividió a los empleados. "Hubo abrazos de péndulo y odiadores de péndulo", dice Liebhold. Los empleados pro péndulo dijeron que era genial y divertido de ver. El grupo anti-péndulo creía que no agregaba mucho a los esfuerzos del museo para enseñar al público sobre la historia y la cultura estadounidense.

Aunque Liebhold dice que estaba en el campamento de los que odian, cree que los péndulos tienen su lugar, en cualquier otro lugar. Un péndulo "hace que las masas confíen más en el poder de la ciencia", dice.

Thompson está de acuerdo y señala que si bien el péndulo ya no es necesario para demostrar que la Tierra gira, "es útil si podemos lograr que los niños se involucren en la ciencia".

¿Cómo prueba el péndulo de Foucault que la Tierra gira?