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Foucault-Pendel bauen – Erdrotation mit einem schwingenden Gewicht nachweisen
Übersetzt
Astro

Erstellt von

Astro

30. Mai 2026IS
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Foucault-Pendel bauen – Erdrotation mit einem schwingenden Gewicht nachweisen

Am 3. Februar 1851 hängte der französische Physiker Léon Foucault ein 28 Kilogramm schweres Messinggewicht an einem 67 Meter langen Draht unter der Kuppel des Panthéons in Paris auf und ließ es schwingen. Im Laufe der Stunden drehte sich die Schwingungsebene des Pendels langsam im Uhrzeigersinn – nicht weil eine Kraft es seitwärts drückte, sondern weil sich die Erde selbst darunter drehte. Die Schwingungsebene des Pendels bleibt im Raum fest (nach Newtons erstem Gesetz), während sich der Boden darunter dreht. Am Nordpol würde sich der Boden in 24 Stunden einmal vollständig um 360 Grad drehen; bei niedrigeren Breitengraden ist die Geschwindigkeit langsamer und proportional zum Sinus des Breitengrades. Foucaults Experiment war der erste direkte, visuelle Beweis dafür, dass sich die Erde dreht – etwas, das lange theoretisch akzeptiert war, aber nie zuvor im Labor beobachtet wurde. Das Experiment erregte großes Aufsehen: Napoleon III. ordnete eine Wiederholung im Panthéon an, und innerhalb weniger Monate schwangen Foucault-Pendel in öffentlichen Gebäuden in ganz Europa. Dieses Bauplan erstellt ein funktionsfähiges Foucault-Pendel mit einem schweren Gewicht an einem langen Draht, einem reibungsarmen Drehpunkt und einem skalierten Referenzring, das die Erdrotation über mehrere Stunden hinweg nachweisen kann.

Fortgeschritten
5-10 Stunden

Anweisungen

1

Verstehen Sie das Foucault-Pendel-Prinzip

Ein frei schwingendes Pendel behält seine Schwingungsebene im Raum bei – dies ist eine Folge von Newtons erstem Bewegungsgesetz. Wenn das Pendel über einer sich drehenden Oberfläche (der Erde) aufgehängt ist, dreht sich die Oberfläche unter dem Pendel, während die Schwingungsebene fixiert bleibt. Für einen Beobachter auf der sich drehenden Erde scheint sich die Schwingungsrichtung des Pendels langsam zu drehen. Am Nordpol scheint sich die Ebene des Pendels in 23 Stunden und 56 Minuten (ein Sternentag) um 360 Grad im Uhrzeigersinn zu drehen. Bei anderen Breitengraden beträgt die Drehungsgeschwindigkeit 360 × sin(Breitengrad) Grad pro Tag.
2

Wählen Sie Standort und Ankerpunkt aus

Das Foucault-Pendel benötigt den längstmöglichen Draht für zuverlässige Ergebnisse – je länger das Pendel, desto länger seine Schwingungsdauer, desto langsamer verliert es Energie und desto deutlicher wird die Rotation. Die minimale praktische Länge beträgt etwa 5 Meter; 10–20 Meter sind viel besser. Finden Sie einen hohen Ankerpunkt: ein Treppenschacht, einen Dachbalken, einen Scheunenbalken, einen hohen Baum oder die Decke eines mehrstöckigen Gebäudes. Der Ankerpunkt muss völlig starr sein – jedes Schwanken oder Vibrieren der Stütze wird die subtile Foucault-Rotation überlagern.
3

Konstruieren Sie die Drehpunktmontage

Der Drehpunkt ist die kritischste Komponente. Ein Foucault-Pendel muss sich frei in jede Richtung schwingen können, daher darf der Drehpunkt die Schwingungsebene nicht einschränken. Ein einfaches Kugelgelenk (zwei senkrechte Scharniere) oder ein Einzelpunkt-Drehpunkt funktioniert gut. Der einfachste effektive Drehpunkt ist ein dünner Stahldraht (Klavierdraht, etwa 0,5–1 mm Durchmesser), der oben fest geklemmt wird – dünner Draht biegt sich frei in alle Richtungen, ohne eine bevorzugte Ebene einzuführen. Der Draht sollte in einer starren Halterung geklemmt werden, die an dem Deckenbalken angeschraubt ist.
4

Bereiten Sie die Pendelkugel vor

Das Gewicht sollte so schwer wie praktisch möglich sein – Foucault verwendete 28 kg. Ein schwereres Gewicht widersteht Luftwiderstand besser und schwingt länger. Verwenden Sie ein dichtes Material: ein großes Blei- oder Messinggewicht, einen sandefüllten Behälter oder eine betonefüllte Dose. Das Gewicht muss symmetrisch zur Drahtachse sein – jede Asymmetrie verursacht, dass das Pendel auf Weise präzediert, die die Foucault-Rotation imitiert oder verdeckt. Eine Kugel oder ein symmetrischer Zylinder funktioniert am besten. Befestigen Sie den Draht genau in der oberen Mitte des Gewichts.

Materialien für diesen Schritt:

Pendulum BobPendulum Bob1 Stück
5

Befestigen Sie den Draht

Verwenden Sie Stahlklavierdraht oder dünnes Stahlkabel für den Pendelwagen. Der Draht muss stark genug sein, um das Gewicht des Gewichts mit großem Sicherheitsspielraum (mindestens 10-fach) zu tragen, dünn genug, um am Drehpunkt frei zu biegen, und steif genug, um nicht zu verdrehen. Für ein Gewicht von 5–10 kg ist Klavierdraht von 0,5–1 mm ausreichend. Klemmen Sie das obere Ende am Drehpunkt sicher fest. Befestigen Sie das untere Ende am Gewicht mit einem kleinen Augenschraube oder einem Loch durch die Oberseite des Gewichts, wobei Sie sicherstellen, dass die Verbindung perfekt zentriert ist und der Draht bei Ruhe genau vertikal hängt.

Materialien für diesen Schritt:

CordageCordage5 Meter
6

Konstruieren Sie den Referenzring

Platzieren Sie auf dem Boden unter dem Pendel einen kreisförmigen Referenzring, der die Schwingungsrichtung des Pendels anzeigt. Ein Ring mit etwa 1–2 Metern Durchmesser funktioniert gut. Markieren Sie den Ring mit Gradunterteilungen alle 5 oder 10 Grad (0–360). Sie können ein großes Blatt Papier oder Karton, einen auf dem Boden gemalten Kreis oder einen Ring aus kleinen Markierungen verwenden. Die Mitte des Rings muss direkt unter dem Drehpunkt liegen. Markieren Sie den wahren Norden auf dem Ring mit einem Kompass.

Materialien für diesen Schritt:

Hardwood BlockHardwood Block1 Stück

Benötigte Werkzeuge:

ProtractorProtractor
Measuring RulerMeasuring Ruler
7

Starten Sie das Pendel korrekt

Die Starttechnik ist entscheidend – das Pendel muss in einer einzelnen Ebene schwingen, nicht in einer Ellipse. Jede Seitenbewegung verursacht, dass die Kugel eine elliptische Bahn nachzeichnet, und die Ellipse präzediert unabhängig vom Foucault-Effekt, was die Messung verwirrt. Um sauber zu starten: Ziehen Sie die Kugel mit einem straffen Seil, das an einen festen Punkt gebunden ist, zur Seite, halten Sie sie still, bis alle Schwingungen aufgehört haben, und verbrennen Sie dann das Seil mit einem Streichholz oder einer Kerze (oder schneiden Sie es scharf). Dies gibt die Kugel frei, ohne seitlichen Stoß. Foucault selbst verwendete diese Seilverbrennung-Technik.
8

Beobachten und zeichnen Sie die Rotation auf

Beobachten Sie nach dem Start die Schwingungsrichtung in Bezug auf den Referenzring. Zeichnen Sie die Schwingungsrichtung alle 15–30 Minuten auf. Bei 50 Grad nördlicher Breite dreht sich die Schwingungsebene mit etwa 11,5 Grad pro Stunde im Uhrzeigersinn (360 × sin(50 °) / 24 = 11,49 Grad pro Stunde). Nach einer Stunde sollte sich die Schwingungsrichtung um etwa 11 Grad verschoben haben; nach drei Stunden um etwa 34 Grad. Die Rotation ist langsam und gleichmäßig – dies ist die Erde, die sich unter dem Pendel dreht.
9

Beheben Sie häufige Probleme

Wenn das Pendel eine Ellipse statt einer geraden Linie nachzeichnet, war der Start unrein – starten Sie mit der Seilverbrennung-Technik neu. Wenn sich die Schwingungsebene viel schneller oder langsamer dreht als erwartet, überprüfen Sie auf Asymmetrie im Gewicht (verursacht mechanische Präzession), Reibung oder Einschränkung am Drehpunkt (erzwingt eine bevorzugte Schwingungsebene) oder Luftströmungen (drücken die Kugel zur Seite). Ein zugiger Raum oder eine offene Tür kann scheinbare Rotation viel schneller als der Foucault-Effekt erzeugen. Schützen Sie das Pendel vor Luftströmungen und stellen Sie sicher, dass der Drehpunkt wirklich frei ist.
10

Berechnen und überprüfen Sie die Rotationsgeschwindigkeit

Die theoretische Rotationsgeschwindigkeit ist: Grad pro Stunde = 15 × sin(Breitengrad). Am Äquator (0°) dreht sich das Pendel überhaupt nicht. Bei 30° Breitengrad dreht es sich mit 7,5°/Stunde. Bei 45° dreht es sich mit 10,6°/Stunde. Bei 90° (dem Pol) dreht es sich mit 15°/Stunde (eine vollständige Umdrehung pro Sternentag). Vergleichen Sie Ihre beobachtete Rotationsgeschwindigkeit mit der vorhergesagten Geschwindigkeit für Ihren Breitengrad. Wenn sie innerhalb weniger Prozent übereinstimmen, haben Sie erfolgreich nachgewiesen, was Foucault 1851 bewies – der eleganteste und direkteste Beweis der Erdrotation überhaupt, der nichts als ein Gewicht an einem Draht und die Geduld erfordert, um zuzuschauen, wie es schwingt.

Materialien

3

Benötigte Werkzeuge

2

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