W 1851 roku Francuz, Jean Bernard Leon Foucault przeprowadził proste, ale bardzo pomysłowe doświadczenie z wielkim wahadłem, które zachwyciło mieszkańców Paryża.
W owym czasie uznawano już, że Ziemia kręci się wokół własnej osi, co wywodzono z obserwacji kolistego ruchu gwiazd na niebie. Próbowano też zaobserwować efekt bardziej bezpośrednio upuszczając przedmioty z wysokich wież i obserwując o ile upadną w bok, ale w praktyce wysokości były zbyt małe oraz wpływ wiatru zbyt duży, by otrzymać wiarygodne i powtarzalne wyniki. Dzisiaj budowle są dużo wyższe, więc gdyby upuścić swobodnie pionowo w dół ołowianą kulkę z drapacza chmur o wysokości 400m w ciągu dnia absolutnie bezwietrznego, to spadłaby ona około 10cm w bok od pionu.
Foucault wpadł na lepszy pomysł i o wiele bardziej praktyczny. Do jego realizacji potrzebne było duże wahadło, ciężki odważnik na długiej stalowej lince, zawieszone w taki sposób, aby umożliwić mu ruch w dowolnym kierunku. Potrzeba następnie wychylić je od pionu i puścić swobodnie w ruch, niczym wahadło w wielkim stojącym zegarze.
Jeśli przeprowadzilibyśmy eksperyment na biegunie Ziemi, wahadło będzie się bujać w swojej płaszczyźnie, a podłoga, budynek i punkt podwieszenia wahadła wykonają pod nim pełny obrót w ciągu doby, zaś sam punkt podwieszenia nie zmieni położenia. Obserwatorowi na Ziemi będzie się wydawało, że pokój jest nieruchomy, a to wahadło obraca się o 15 stopni co godzinę. Gdybyśmy podobny eksperyment powtórzyli na równiku, to nie zaobserwujemy obrotu wahadła, bo ruch skręcający Ziemi jest na osi prostopadłej, za to punkt podwieszenia wykona wielkie koło w przestrzeni. W Paryżu, który jest pomiędzy biegunem a równikiem, mamy do czynienia z sytuacją pośrednią. Występuje tu trochę ruchu skręcającego i trochę postępowego.
Foucault podwiesił swoje wahadło u szczytu kopuły w Panteonie, odważnik o wadze 28kg na linie o długości 67m. Wychylił wahadło i przytrzymał je w tej pozycji mocną i cienką linką. Następnie linkę przepalono, co rozpoczęło swobodny ruch wahadłowy odważnika. Na szerokości geograficznej Paryża składowa skrętna ruchu Ziemi objawiała się obrotem podłogi pod wahadłem około 11 stopni co godzinę.
Do dzisiaj każdy może wstąpić do Panteonu i naocznie zaobserwować jak Ziemia się obraca.
Źródło grafiki: frognet.net
Foucault, musiał przeczytać tę samą informację, z którą i ja się zapoznałem. Innej możliwości nie było. W rękopisie datowanym na 1841 rok z biblioteki wielkiego księcia Toskanii, niejaki Vincenzo Viviani, który był ”studentem” Galileusza zanotował tajemniczo: ”Obserwujemy że wszystkie wahadła, wiszące na jednej nici odchylają się od swej pionowej początkowej płaszczyzny i czynią to zawsze w tym samym kierunku…..”
Och genialny zapis. Genialna jak dla mnie, informacja tyle, że tak bardzo lakoniczny i bez szczegółów, że niemal nic w sobie nie zawierający dla wielu. Ale widać z prac Foucaulta że nie taki genialny i nie taki znów oczywisty i zrozumiały zapis. Foucault wiedział, co ma, ale widać nie rozumiał, co wie.
Działanie takiego wahadła można sobie na żywo obejrzeć w warszawskim centrum Kopernika, albo np. w centrum COSMOCAIXA w Barcelonie
Jeśli ktoś nie ma dostępu do wahadła, polecam książkę Umberto Eco, ewentualnie film Jeana-Jacquesa Annauda.
Wahadło w Panteonie jest w tej chwili remontowane.
Zapraszam do oglądania wahadła na Politechnice Gdańskiej.
Dla czego upuszczenie kamienia z 400 m spowoduje jego odchylenie tylko o 10 cm ktoś może mi to obliczyć?