M
E
C
Á
N
I
ult a c u o F e d o l u d n é P Péndulo de Foucault
C
A
M
E
C
Á
N
I
C
A
En 1851 Leon Foucault, físico francés nacido en París en 1819, realiza uno de los experimentos más espectaculares de la historia de la Ciencia. Como sabía que un péndulo tiene tendencia a mantener el plano de oscilación aunque su punto de unión girase, comprendió que si ponía un gran péndulo en movimiento éste mantendría su plano de oscilación mientras la Tierra giraba debajo de él. En el Polo Norte la Tierra haría un giro completo debajo del péndulo en 24 horas. Igual ocurriría pero en sentido contrario, si nos encontráramos en el Polo Sur. En el Ecuador no daría ningún giro (o podríamos considerar que tarda un tiempo infinito en dar una vuelta). En una latitud intermedia como la de París, la Tierra parecería girar más lentamente que en los polos. El primer experimento no resultó muy convincente, pues el péndulo dejó de oscilar pronto y no se pudo sacar ninguna conclusión. En un segundo intento se le cedió la Sala Meridiana del Observatorio Astronómico de París, donde pudo comprobarse ciertamente el giro de la Tierra. Sin embargo, fue el tercer experimento realizado en el Panteón de París y ante un gran público (entre el que se hallaba el emperador Napoleón III), el que le dio la fama a Foucault. Utilizó un hilo de acero de 67 metros de longitud y una esfera de plomo 28 kilogramos de masa para construir el péndulo y consiguió que estuviese oscilando varias horas, durante las cuales se apreciaba claramente el giro de la Tierra. Ésta fue la primera vez que se puso en evidencia de forma directa la rotación diaria de la Tierra, aunque ya se conociese de forma teórica.
Péndulo de Foucault
IT S I V LA E D ANTES
A
· ¿Qué es un péndulo simple? Construye uno. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Representa en las siguientes figuras, las fuerzas que actuarían sobre el péndulo en cada caso: a|
b|
c|
¿Están estas fuerzas siempre en el mismo plano?______________________________________________________ Pon en movimiento el péndulo que has construido. ¿Por qué termina parándose?__________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Qué es el período de un péndulo? Calcula experimentalmente el período de tu péndulo. Nota: para minimizar el error mide el tiempo de diez oscilaciones y divídelo entre diez. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Analiza experimentalmente si el período de un péndulo depende del ángulo inicial de oscilación, de la masa que hemos puesto o de la longitud del hilo. Prueba a conseguir la fórmula matemática de este período. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Qué es un sistema de referencia inercial? ¿Y uno no inercial? De los siguientes casos, ¿cuáles son sistemas de referencia inerciales? a) Un coche parado. b) Un tren moviéndose con movimiento rectilíneo uniforme. c) Un tiovivo girando. d) La Tierra.
1
M
IT S I V LA E T N A DUR
E
C
Á
N
I
A
Desplaza ligeramente el péndulo de su posición de equilibrio y déjalo oscilar libremente. Observa el plano de oscilación del péndulo, ¿cambia? _______________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Si la base del péndulo representa la Tierra, ¿hacia qué lado deberías girarla para que simule la rotación diaria? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Haz oscilar el péndulo pero ahora gira la plataforma de la base lentamente, ¿qué ocurre con el plano del péndulo? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Por qué al cabo de un tiempo de estar oscilando el péndulo la trayectoria que describe es una pequeña elipse en lugar de una línea recta? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________
2
C
A
Péndulo de Foucault
TA I S I V A L E D S DESPUÉ Explica cómo puedes demostrar con el modelo que hay en el museo, la rotación diaria de la Tierra. _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Si hiciésemos esta experiencia en el polo norte, ¿cuántos grados recorrerá aparentemente el plano de oscilación del péndulo de Foucault en una hora? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Fíjate en los dibujos adjuntos e intenta explicar el comportamiento de un péndulo de Foucault en distintas latitudes de la Tierra: Polo sur
Polo norte
Ecuador
España
¿A qué es debido que el péndulo acabe deteniéndose ? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Cómo se podría conseguir que el movimiento del péndulo fuera permanente? Infórmate sobre los péndulos de Foucault que hay en algunos Museos de Ciencia _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________
3
¿De qué otras formas se puede demostrar actualmente el giro diario de la Tierra? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ Teniendo en cuenta los movimientos de rotación y traslación de la tierra, cuándo nos movemos más rápidamente con respecto a un observador exterior a la Tierra, ¿durante el día o durante la noche? ¿Por qué? _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ ¿Quién se mueve más rápido, una persona en Copenhage o una en Málaga? (respecto a un observador exterior a la Tierra). _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________
4
Péndulo de Foucault
CUR
S E D A D IOSI
El Primero en comprobar la propiedad de la independencia del período de un péndulo con la amplitud fue Galileo, observando el movimiento de la lámpara de la catedral de Pisa y midiendo el período con sus propias pulsaciones (no existía a finales del siglo XVII el reloj de pulsera). Aunque fue en 1851 cuando puso de manifiesto que la Tierra giraba sobre sí misma, este fenómeno era muy conocido desde muy antiguo. Ya en la Grecia Clásica en el siglo V a.C. existían filósofos que hablaban de una Tierra esférica que daba una vuelta al día, incluso alguno llegó a atreverse a postular que giraba junto con los planetas conocidos alrededor del Sol. La esfericidad de la Tierra se explicaba por la sombra en la Luna durante un eclipse, o también por el hecho que al perderse en el horizonte un barco desaparecería en primer lugar el casco y por último los mástiles. Si era la Tierra la que giraba alrededor del Sol, ésta tendría que girar también sobre sí misma para poder pasar del día a la noche. Este giro diario, que no lo percibimos en nuestra vida cotidiana, lo realizan a la misma velocidad angular todos los puntos de la Tierra (una vuelta al día). Sin embargo según la latitud del lugar, la velocidad lineal con la que nos movemos es variable. Una persona en el Ecuador se desplaza aproximadamente 40000 km al día que se corresponde con una velocidad de 1667km/h. En cambio, en uno de los polos no se movería. Para nosotros, que nos encontramos a una latitud de unos 36,5º resulta una velocidad lineal de 1340 km/h. Al girar alrededor del Sol tardamos un año en recorrer el perímetro de la órbita. Dado que la distancia Tierra-Sol es de unos 150 millones de kilómetros, la velocidad con la que nos desplazamos en ese movimiento es de unos 108000 km/h (30 km/s).
5
Avda. DE LUIS BUÑUEL
29011 - MÁLAGA
Tlf./Fax: 952 07 04 81
www.principia-malaga.com
[email protected]