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Costruire un Pendolo di Foucault — Provare la Rotazione della Terra con un Peso Oscillante
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30. maggio 2026IS
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Costruire un Pendolo di Foucault — Provare la Rotazione della Terra con un Peso Oscillante

Il 3 febbraio 1851, il fisico francese Léon Foucault appese una sfera di ottone di 28 chilogrammi da un filo di 67 metri sotto la cupola del Panthéon a Parigi e la lasciò oscillare. Nel corso delle ore, il piano di oscillazione del pendolo girò lentamente in senso orario — non perché una forza lo spingesse lateralmente, ma perché la Terra stessa girava sotto di esso. Il piano di oscillazione del pendolo rimane fisso nello spazio (secondo la prima legge di Newton), mentre il pavimento gira sotto. Al Polo Nord, il pavimento completare una rotazione completa di 360 gradi in 24 ore; a latitudini inferiori, la velocità è più lenta, proporzionale al seno della latitudine. La dimostrazione di Foucault fu la prima prova diretta e visiva che la Terra gira — qualcosa a lungo accettato teoricamente ma mai prima osservata in laboratorio. L'esperimento causò sensazione: Napoleone III ordinò una ripetizione al Panthéon, e in pochi mesi i pendoli di Foucault oscillavano in edifici pubblici in tutta Europa. Questo blueprint costruisce un pendolo di Foucault funzionante con una sfera pesante su un filo lungo, un perno a basso attrito e un anello di riferimento graduato, capace di dimostrare la rotazione della Terra nel corso di diverse ore.

Intermedio
5-10 ore

Istruzioni

1

Comprendi il Principio del Pendolo di Foucault

Un pendolo che oscilla liberamente mantiene il suo piano di oscillazione nello spazio — questa è una conseguenza della prima legge del movimento di Newton. Se il pendolo è sospeso sopra una superficie rotante (la Terra), la superficie gira sotto il pendolo mentre il piano di oscillazione rimane fisso. Per un osservatore in piedi sulla Terra che gira, sembra che la direzione di oscillazione del pendolo stia girando lentamente. Al Polo Nord, il piano del pendolo sembra ruotare 360 gradi in senso orario in 23 ore e 56 minuti (un giorno siderale). A altre latitudini, la velocità di rotazione è 360 × sin(latitudine) gradi al giorno.
2

Seleziona la Posizione e il Punto di Ancoraggio

Il pendolo di Foucault richiede il filo più lungo possibile per risultati affidabili — più lungo è il pendolo, più lungo è il suo periodo di oscillazione, più lentamente perde energia e più chiaramente la rotazione è visibile. Una lunghezza pratica minima è circa 5 metri; 10–20 metri è molto meglio. Trova un punto di ancoraggio alto: un vano scala, una trave di soffitta, una trave di granaio, un albero alto o il soffitto di un edificio pluripiano. Il punto di ancoraggio deve essere completamente rigido — qualsiasi oscillazione o vibrazione nel supporto sommergerà la sottile rotazione di Foucault.
3

Costruisci il Montaggio del Perno

Il perno è il componente più critico. Un pendolo di Foucault deve oscillare liberamente in qualsiasi direzione, quindi il perno non deve vincolare il piano di oscillazione. Un semplice giunto universale (due cerniere perpendicolari) o un perno a punto singolo funzionano bene. Il perno più semplice ed efficace è un sottile filo d'acciaio (filo di pianoforte, circa 0,5–1 mm di diametro) fissato saldamente in alto — il filo sottile si piega liberamente in tutte le direzioni senza introdurre un piano preferito. Il filo deve essere fissato in una staffa rigida bullonata saldamente alla trave del soffitto.
4

Prepara la Sfera del Pendolo

La sfera dovrebbe essere il più pesante possibile — Foucault usò 28 kg. Una sfera più pesante resiste meglio alla resistenza dell'aria e oscilla più a lungo. Usa un materiale denso: un grande peso in piombo o ottone, un contenitore pieno di sabbia o una lattina piena di cemento. La sfera deve essere simmetrica intorno all'asse del filo — qualsiasi asimmetria causa la precessione del pendolo in modi che imitano o mascherano la rotazione di Foucault. Una sfera o un cilindro simmetrico funzionano meglio. Attacca il filo esattamente al centro superiore della sfera.

Materiali per questo passaggio:

Pendulum BobPendulum Bob1 pezzo
5

Attacca il Filo

Usa filo di pianoforte in acciaio o cavo d'acciaio sottile per il filo del pendolo. Il filo deve essere abbastanza robusto da sopportare il peso della sfera con un grande margine di sicurezza (almeno 10 volte), abbastanza sottile da piegarsi liberamente al perno e abbastanza rigido da non torcersi. Per una sfera di 5–10 kg, il filo di pianoforte di 0,5–1 mm è sufficiente. Fissa saldamente l'estremità superiore al perno. Attacca l'estremità inferiore alla sfera usando un piccolo bullone ad occhio o un foro praticato attraverso la parte superiore della sfera, assicurandoti che la connessione sia perfettamente centrata e il filo penda esattamente verticale a riposo.

Materiali per questo passaggio:

CordageCordage5 metri
6

Costruisci l'Anello di Riferimento

Sul pavimento sotto il pendolo, posiziona un anello di riferimento circolare che mostri la direzione di oscillazione del pendolo. Un anello di circa 1–2 metri di diametro funziona bene. Contrassegna l'anello con graduazioni di gradi ogni 5 o 10 gradi (0–360). Puoi usare un grande foglio di carta o cartone, un cerchio dipinto sul pavimento o un anello di piccoli marcatori. Il centro dell'anello deve essere direttamente sotto il punto di perno. Contrassegna il nord vero sull'anello usando una bussola.

Materiali per questo passaggio:

Hardwood BlockHardwood Block1 pezzo

Strumenti necessari:

ProtractorProtractor
Measuring RulerMeasuring Ruler
7

Lancia il Pendolo Correttamente

La tecnica di lancio è critica — il pendolo deve oscillare in un unico piano, non in un'ellisse. Qualsiasi movimento laterale fa sì che la sfera traccia un percorso ellittico, e l'ellisse precede indipendentemente dall'effetto Foucault, confondendo la misurazione. Per lanciare in modo pulito: tira la sfera da un lato usando una corda tesa legata a un punto fisso, mantienila ferma finché tutta l'oscillazione si arresta, poi brucia la corda con un fiammifero o una candela (o tagliala bruscamente). Questo libera la sfera senza alcuna spinta laterale. Lo stesso Foucault ha usato questa tecnica di bruciatura della corda.
8

Osserva e Registra la Rotazione

Dopo il lancio, osserva la direzione di oscillazione rispetto all'anello di riferimento. Registra la direzione di oscillazione ogni 15–30 minuti. A una latitudine di 50 gradi nord, il piano di oscillazione ruota di circa 11,5 gradi all'ora in senso orario (360 × sin(50 °) / 24 = 11,49 gradi all'ora). Dopo un'ora, la direzione di oscillazione dovrebbe essersi spostata di circa 11 gradi; dopo tre ore, di circa 34 gradi. La rotazione è lenta e costante — questa è la Terra che gira sotto il pendolo.
9

Risolvi i Problemi Comuni

Se il pendolo traccia un'ellisse anziché una linea retta, il lancio era impuro — ricomincia con la tecnica di bruciatura della corda. Se il piano di oscillazione ruota molto più veloce o più lento del previsto, controlla l'asimmetria nella sfera (che causa la precessione meccanica), l'attrito o il vincolo al perno (che forza un piano di oscillazione preferito) o le correnti d'aria (che spingono la sfera lateralmente). Una stanza trafilata o una porta aperta può produrre una rotazione apparente molto più veloce dell'effetto Foucault. Proteggi il pendolo dalle correnti d'aria e assicurati che il perno sia veramente libero.
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Calcola e Verifica la Velocità di Rotazione

La velocità di rotazione teorica è: gradi all'ora = 15 × sin(latitudine). All'equatore (0°), il pendolo non ruota affatto. A 30° di latitudine, ruota a 7,5°/ora. A 45°, ruota a 10,6°/ora. A 90° (il polo), ruota a 15°/ora (una rotazione completa per giorno siderale). Confronta la velocità di rotazione osservata con la velocità prevista per la tua latitudine. Se corrispondono entro pochi percento, hai dimostrato con successo quello che Foucault ha provato nel 1851 — la prova più elegante e diretta della rotazione della Terra mai concepita, che non richiede nient'altro che un peso su un filo e la pazienza di vederlo oscillare.

Materiali

3

Strumenti richiesti

2

Materiali dei progetti collegati

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