Descripción de la imagen: Péndulo de Foucault, Panthéon, París, Francia. El Panthéon es un monumento de estilo neoclásico ubicado en París, en la Montagne Sainte-Geneviève. Es allí donde se rinde homenaje a las grandes figuras que han marcado la historia de Francia.
El péndulo de Foucault, nombrado así en honor al físico francés Léon Foucault (1819-1868), es un dispositivo experimental diseñado para demostrar la rotación de la Tierra. Los primeros experimentos educativos titulados "Ven a ver girar la Tierra" se realizaron en el Panthéon durante el año 1851.
Hoy en día, el péndulo de Foucault es una esfera de plomo y latón de 28 kg suspendida de la cúpula del Panthéon (París) por un cable de 67 m de largo. Un mecanismo magnético mantiene su movimiento de inercia, que, debido a la resistencia del aire, oscilaría solo durante 6 horas. Su oscilación permite ver girar los puntos de referencia terrestres (suelo, paredes, cúpula del Panthéon, etc.). En otras palabras, se puede ver la Tierra girar sin siquiera mirar los objetos celestes (Sol, Luna, estrellas). El observador gira con la Tierra y permanece fijo respecto al suelo. Para él, es el plano de oscilación del péndulo el que gira.
Este simple objeto ordinario nos obliga a aceptar como verdaderas varias nociones extraordinarias.
- Una vez liberado, el péndulo de Foucault oscila a lo largo de un eje que mantendrá indefinidamente la misma dirección. Este plano de oscilación permanece invariable en el espacio a lo largo del tiempo, independientemente de la dirección en la que se haya lanzado.
- En París, el plano del péndulo no regresa a su punto de partida en 24 horas como se podría pensar. Con cada oscilación de 16,42 segundos, se desplaza 5,4 mm en el sentido de las agujas del reloj (opuesto a la rotación de la Tierra) y regresa a su punto de partida en 31 horas y 48 minutos. No es el plano del péndulo el que rota, sino la Tierra.
- El plano del péndulo solo completa una rotación completa en 23 horas 56 minutos (día sideral) cuando se coloca en los polos geográficos (Norte o Sur), ya que en los polos geográficos, la vertical del péndulo es paralela al eje de rotación de la Tierra.
- Cuanto más se acerca la latitud al ecuador terrestre, más tiempo tarda el péndulo en regresar a su eje inicial.
- En el ecuador, el péndulo acaba oscilando en un plano aparentemente fijo que no permite ver la rotación de la Tierra. Esta vez, la vertical del péndulo es perpendicular al eje de rotación de la Tierra. Así, a diferencia de lo que ocurre en los polos, el suelo no gira alrededor del eje del péndulo, sino que transporta el eje con él. Para un observador, es como si el péndulo fuera transportado en un tren y oscilara en la dirección del movimiento del tren. El plano del péndulo está fijo, y la Tierra ya no gira alrededor de él. Su período de revolución tiende hacia el infinito.
- En las latitudes del sur, el péndulo mostrará nuevamente la rotación de la Tierra, y su plano girará en sentido antihorario.
- Es extremadamente difícil imaginar la oscilación de un péndulo fuera de los polos.
Todas estas nociones se explican mediante un extenso desarrollo matemático que expone las ecuaciones del movimiento del péndulo.
El período de oscilación del péndulo de Foucault del Panthéon es de 16,42 segundos porque la longitud del cable es de 67 metros. La masa del péndulo no importa; la longitud del cable es suficiente para calcular el período de oscilación T.
T = 2π√l/g donde l = longitud del cable, g = aceleración debida a la gravedad 9.81 m/s²
A una latitud θ dada y una velocidad angular de rotación de la Tierra Ω, el período de rotación es inversamente proporcional al seno de esta latitud, es decir, 2 π/Ωsin(θ). Dado que el seno de 30° es 1/2, un péndulo de Foucault situado a una latitud de 30° completará una rotación completa en 48 horas. Es la fuerza de Coriolis, perpendicular al movimiento y proporcional a la velocidad del péndulo, la que hace que el péndulo se desvíe de su plano de oscilación inicial.
En la época de Foucault, existía un espacio absoluto respecto al cual se definían todos los movimientos. Este espacio inmutable era así un marco de referencia natural para la oscilación del péndulo.
Pero hoy en día, el espacio, o más bien el espacio-tiempo de Einstein, es una entidad dinámica, y la teoría de la relatividad postula que no existe ningún marco de referencia privilegiado. En el universo, el movimiento absoluto no existe; siempre es relativo a otro punto de referencia, que también está en movimiento. Sin embargo, observamos que el péndulo de Foucault favorece un marco de referencia específico ya que su plano indica una dirección. Pero entonces, ¿con respecto a qué está fijo el plano del péndulo?
Este enigma no resuelto sigue siendo objeto de controversia.
En el Polo Norte, un péndulo de Foucault suspendido a 67 m de altura y lanzado en cualquier dirección oscila cada 16,42 segundos. Con cada oscilación, su plano se desvía 7 mm. Si se lanza el péndulo en dirección al Sol, parece no desviarse con respecto al Sol. Pero después de unas pocas horas, se observa una desviación en el plano del péndulo porque la dirección Tierra/El Sol no es fija. De hecho, la Tierra gira alrededor del Sol en 365 días, por lo que la desviación de 7 mm, 365 veces menor, acaba apareciendo.
Si no es con respecto al Sol, ¿entonces con respecto a qué está fijo el plano del péndulo?
Si se lanza el péndulo en dirección a cualquier estrella de nuestra Galaxia, parece no desviarse con respecto a la estrella. Las estrellas distantes parecen ser el marco de referencia respecto al cual el plano de oscilación del péndulo parece estar fijo. Pero después de unos pocos miles de años, se observaría una desviación en el plano del péndulo porque la dirección Sol/Estrella no es fija.
De hecho, el Sol gira alrededor de la Galaxia en 250 millones de años, pero la estrella también gira alrededor de la Galaxia y las dos rotaciones no son sincrónicas. Así, la desviación del plano de oscilación con respecto a la estrella acabará apareciendo.
Si no es con respecto a las estrellas, ¿entonces con respecto a qué está fijo el plano del péndulo?
Lo mismo ocurriría si se orientara el plano hacia una galaxia muy lejana. El tiempo de deriva aumenta con la distancia del objeto de referencia. Todos los puntos de referencia acabarán saliendo del plano del péndulo, pero entonces, ¿qué punto de referencia quedaría en el plano del péndulo?
A los 13,77 mil millones de años la deriva parece detenerse y el plano del péndulo permanece fijo con respecto a los objetos cercanos al Big Bang. La dirección del péndulo de Foucault una vez lanzado no está ligada al movimiento de nuestro planeta, nuestro Sol, nuestra galaxia, cúmulos de galaxias distantes sino al movimiento de todo el Universo observable.
¡¡¡El eje del péndulo queda entonces fijado inmutablemente en este punto de referencia!!!
¿Es el péndulo sensible a todo el espacio-tiempo?
¿Es el péndulo sensible a todos los objetos del universo?
170 años después de su invención, el movimiento del péndulo de Foucault sigue siendo un misterio e inexplicable. Este objeto mecánico aparentemente insignificante nos transporta sorprendentemente a los confines del Universo observable.
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