Bumuo ng Foucault Pendulum — Patunayan ang Pag-ikot ng Daigdig

Ang pendulum na umuusog nang malaya ay nagpapanatili ng eroplano ng oscillation na nakatigil sa kalawakan. Ito ay direktang resulta ng unang batas ng kilusan ng Newton. Kapag nakabit ang pendulum sa isang umiikot na ibabaw (Daigdig), ang ibabaw ay umiikot sa ilalim ng pendulum habang ang eroplano ng oscillation ay nanatiling nakatuon. Mula sa pananaw ng isang tagapanood na nakatayo sa umiikot na Daigdig, ang direksyon ng oscillation ng pendulum ay tila bumabalik nang dahan-dahan. Sa hilagang polong, ang eroplano ng pendulum ay tila umiikot nang 360 degrees sa direksyon ng oras sa loob ng 23 oras na 56 minuto (isang stellear na araw). Sa iba pang latitude, ang rate ng pag-ikot ay 360 × sin(latitude) degrees bawat araw.

Ang Foucault pendulum ay nangangailangan ng pinakamahabang posibleng string para sa matatag na resulta. Mas mahabang pendulum, mas mahaba ang panahon ng oscillation, mas mabagal ang pagkawala ng enerhiya at mas nakikita ang pag-ikot. Ang minimal na praktikal na haba ay humigit-kumulang limang metro. Sampung hanggang dalawampung metro ay higit na mas mahusay. Maghanap ng mataas na punto ng pagkakakonekta: hukay ng hagdan, tulay ng attic, tulay ng barn, mataas na puno o bubong ng multi-story na gusali. Ang punto ng pagkakakonekta ay dapat na ganap na matibay at walang galaw. Anumang vibration o paggalaw ng suporta ay lubos na makakabalot sa delikadag na pag-ikot ng Foucault.

Ang pivot ay ang pinakakritikal na bahagi. Ang Foucault pendulum ay dapat na malayang umuusog sa lahat ng direksyon kaya ang pivot ay hindi dapat limitahan ang eroplano ng oscillation. Ang simpleng universal joint (dalawang vertical hinges) o ang single-point pivot ay gumagana nang maayos. Ang pinakasimple at pinaka-epektibong pivot ay isang manipis na steel wire (piano wire, humigit-kumulang 0.5-1 mm diameter) na matatag na nakakabit mula sa itaas. Ang manipis na wire ay hindi nagpapakilala ng preferred na direksyon at maaaring libreng tumaon sa lahat ng direksyon. Ang wire ay dapat na nakakonekta sa isang matibay na bracket na nakakonekta sa solidong ceiling beam.

Ang timbang ay dapat na sapat na mabigat upang maging praktikal. Ginamit ni Foucault ang dalawampu't walong kilo. Ang mas mabigat na timbang ay mas mahusay na tumutol sa air drag at mas mahabang umuusog. Gumamit ng mataas na densidad na materyales: malalaking lead o brass weights, container na puno ng buhangin, o metal can na puno ng konkrito. Ang timbang ay dapat na ganap na balansado at simetriko tungkol sa axis ng wire. Anumang asimetry ay magsasanhi ng pendulum na umuusog o sapilitang precession. Ang sphere o perpektong balansadong cylinder ay gumagana nang pinakamaganda. Ikonekta ang wire sa eksaktong gitna sa itaas ng timbang.

Para sa string ng pendulum gumamit ng mataas na kalidad na steel piano wire o manipis na steel cable. Ang wire ay dapat na sapat na malakas upang suportahan ang timbang na may malaking safety margin (minimum na sampung beses) mabuti na magalon ang pivot at rigid na hindi mag-twist. Para sa limang hanggang sampung kilo na timbang ang 0.5-1 mm piano wire ay sapat. Ang tuktok ay dapat na matibay na nakakabit sa pivot. Ikonekta ang ilalim sa timbang gamit ang maliit na eyebolt o hole na naka-drill sa itaas ng timbang na nagsisiguro na ang koneksyon ay ganap na nakasentro at ang wire ay tumataas nang buo sa pahinga.

Sa ilalim ng pendulum, maglagay ng isang pabilog na reference ring sa lupa upang ipahiwatig ang direksyon ng oscillation ng pendulum. Ang isang singsing na may diameter na humigit-kumulang isa hanggang dalawang metro ay gumagana nang mabuti. Markahan ang ring sa bawat limang o sampung degrees (0-360). Maaari mong gamitin ang malalaking papel o karton, isang bilog na iginuhit sa lupa, o isang ring ng maliliit na markers. Ang gitna ng ring ay dapat direktang sa ilalim ng pivot point. Gumamit ng compass upang markahan ang tunay na hilaga sa ring.

Ang teknik sa pagsisimula ay kritikal. Ang pendulum ay dapat na umuusog sa isang eroplano hindi elliptical. Ang lateral na paggalaw ay lumilikha ng karagdagang elliptical na landas at ang ellipse ay walang kaugnayan sa Foucault effect kaya ito ay nag-precess nang iba na nagkakalito sa pagsukat. Para sa clean na pagsisimula gamitin ang isang tight rope na nakakonekta sa isang fixed point upang hilahin ang timbang sa gilid manatiling hawak hanggang sa lahat ng shaking tumigil pagkatapos sunugin ang rope gamit ang tugma o kandila o sharply i-cut ito. Ito ay inilalabas ang timbang sa purong paggalaw nang walang transverse forces. Ginamit ng Foucault ang teknik na ito ng pag-apoy ng rope sa 1851 sa Paris.

Pagkatapos ng pagsisimula bantayan ang direksyon ng oscillation na may kaugnayan sa reference ring. I-record ang direksyon ng oscillation bawat labinlimang hanggang tatlumpung minuto. Sa 50 degrees north latitude ang eroplano ng oscillation ay umiikot nang halos 11.5 degrees bawat oras (360 × sin(50°) / 24 = 11.49 degrees bawat oras). Pagkatapos ng isang oras ang direksyon ng oscillation ay dapat na nagbago ng humigit-kumulang labing-isang degrees. Pagkatapos ng tatlong oras humigit-kumulang tatlumpung apat na degrees. Ang pag-ikot ay mabagal at pare-pareho. Ito ay malinaw na nagpapakita na ang Daigdig ay umiikot sa ilalim ng pendulum.

Kung ang pendulum ay gumaguhit ng ellipse sa halip na tuwid na linya ang pagsisimula ay hindi dalisay. Subukan muli gamit ang rope-burning technique. Kung ang eroplano ng oscillation ay umiikot nang higit sa inaasahan o mas mabagal subukan ang tatlong bagay asimetry ng timbang na nagsasanhi ng mechanical precession friction o paghihigpit sa pivot na nagsasagawa ng preferred na direksyon ng oscillation o air flow na nagtutulak ng timbang sa gilid. Ang drafty na silid o bukas na pinto ay nagsasanhi ng malinaw na pag-ikot nang mas mabilis kaysa sa Foucault effect. Protektahan ang pendulum mula sa air flow at matiyak na ang pivot ay tunay na libre.

Theoretical rotation rate degrees bawat oras = 15 × sin(latitude). Sa equator (0°) ang pendulum ay hindi umiikot. Sa 30° latitude ito ay umiikot 7.5°/hour. Sa 45° ito ay umiikot 10.6°/hour. Sa 90° (pole) ito ay umiikot 15°/hour (isang kumpletong pag-ikot bawat araw). Ihambing ang naobserbahang rate ng pag-ikot sa inaasahang rate para sa iyong latitude. Kung tumutugma sa loob ng ilang porsyento matagumpay mong ipinakita kung ano ang napatunayan ni Foucault noong 1851. Ito ang pinaka-elegante pinakaedukado at direktang patunay ng pag-ikot ng Daigdig na nangangailangan lamang ng wire na may timbang at tiis na panoorin ang pag-ikot nito.