Anomalii în funcționarea Pendulului Foucault în timpul eclipsei parțiale de Soare din 04.01.2011

O informare făcută de Pantilimonescu Florina și Palamariu Ștefan, elevi în clasa a-IX A, C. N. C. Negruzzi, Iași, despre un experiment efectuat cu ajutorul unui Pendul Foucault (s-au folosit date și informații oferite de experimentatori).

Pendulul Foucault este un dispozitiv experimental construit pentru prima dată în 1850 de fizicianul francez Jean Bernard Léon Foucault (1819 -1868) la Paris (este cunoscut și pentru determinarea experimentală a vitezei luminii, pentru curenții electrici turbionari și pentru inventarea giroscopului).

Foucault a observat că planul de oscilație al pendulului rămâne fix față de un sistem de referință dat. Cu cât este mai îndepărtat sistemul de referință ales, cu atât timpul cât planul de oscilație rămâne fix este mai mare. Față de un sistem de referință absolut (imaginați-vă centrul Universului), va pendula în același plan la infinit. Filozofic vorbind, ar putea fi legătura noastră cu Absolutul. În același timp, Pământul se rotește sub punctul de suspensie al pendulului. Deci, orice observator solidar cu Pământul va observa o mișcare aparentă de rotație a planului de oscilație.

Cauza principală a fenomenului Foucault este acţiunea forţei Coriolis. Forța Coriolis este o forță complementară de inerție pentru mișcarea relativă într-un sistem rotitor de coordonate. Un caz particular al acestei forțe apare în cazul rotației Pământului, care se rotește cu o viteză mai mare la Ecuator decât la poli. Forța Coriolis este slabă la Ecuator și crește spre poli. Consecințele existenței acestei forțe sunt că obiectele aflate în mișcare, curenții atmosferici și curenții marini din emisfera nordică sunt deviați spre dreapta, iar în emisfera sudică spre stânga. Deci, planul de oscilație se va roti aparent în sens orar în emisfera nordică și în sens trigonometric în emisfera sudică.

Astfel de dispozitive exista în multe locații din întreaga lume, majoritatea fiind muzee ale științei, campusuri universitare, observatoare astronomice...

Un Pendul Foucault există, din Octombrie 2010, într-o curte interioară a Colegiului Național A. T. Laurian, Botoșani. Scopul construirii acestui dispozitiv a fost didactic, fără pretenții de rigurozitate științifică. Este destinat unor experimente școlare efectuate în cadrul orelor de fizică (determinarea perioadei de oscilație a unui pendul gravitațional, determinarea accelerației gravitaționale locale, studiul anomaliilor câmpului gravitațional în timpul eclipselor, studiul frecării cu aerul, (ne)conservarea energiei mecanice...) .

A fost folosit la verificarea unor anomalii care intervin în funcționarea pendulului în timpul eclipselor sau alinierilor planetare. Astfel, în timpul eclipsei de Soare din 04.01.2011, s-a constatat o confirmare a efectului Jeverdan-Rusu-Antonescu, adică o micșorare a perioadei de oscilație a pendulului și o creștere corespunzătoare a accelerației gravitaționale. Datele experimentale (culese și prelucrate de membri ai Cercului de Fizică Experimentală din C.N. A.T.L.) se apropie ca dimamică de datele înregistrate de profesorii de la Universitatea Al. I. Cuza Iași în cazul eclipsei totale de Soare din 1961 sau de profesorul Dimitrie Olenici în Suceava, în cazul eclipsei totale de Soare din 1999.

Iași, 15.02.1961

Magnitudinea eclipsei, M = 0.973

Coordonatele locului: Iaşi: φ = latitudinea = 47˚11′ N, λ = longitudinea = 26˚ 3′ 20" E

Ora determinării Perioada oscilației (s) Accelerația gravitațională (m/s2)9h 13m 10,028 9,80789h 43m 10,024 9,815610h (maxim) 10,019 9,825410h 12m 10,020 9,823410h 24m 10,024 9,815610h 58m 10,028 9,8078

Suceava, 11.09.1999, M= 0.933, Suceava: φ = 47˚39′ N, λ =26˚ 15′ E

Datele de mai sus au fost preluate de pe Internet (din comunicările publice făcute de experimentatori).

Botoșani, 04.01.2011, eclipsă parțială de Soare , M = 0,784

primul contact 9h13m30s (PA = 271˚, Alt = 0,8˚), maxim 10h40m15s (M = 0,784, Alt = 16˚),ultim contact 12h12m08s (PA = 64˚,Alt = 20˚). PA = unghi de poziție, Alt. = altitudinea Soarelui. Poziție pendul A.T.L.: latitudine = 47˚44K 19,06L N, longitudine = 26˚39K 52,06L E. Lungime pendul = 17,485m, amplitudine unghiulară ≤ 5˚

Pendulul Foucault a fost folosit ca pendul simplu, gravitațional și s-a încercat determinarea cât mai precisă a perioadei oscilației (nu exista încă posibilitatea măsurării exacte a variației poziției axei mari a elipsei, deci s-a renunțat la verificarea efectului Allais). S-a măsurat cu precizie de 10-2s timpul în care s-au produs 100 de oscilații complete (s-a folosit un dispozitiv format în principiu dintr-un LASER, un fototranzistor și alte câteva componente electronice). Astfel, s-a măsurat practic cu precizie de 10 -4s perioada pendulului. S-au făcut pentru comparație 3 serii de câte 16 determinări la aceleași ore în datele de 03.01, 04.01(ziua eclipsei) și 06.01. Dat fiind locul în care este plasat pendulul (în exteriorul clădirii), se precizează: condițiile meteo au fost identice în cele 3 zile, în curtea interioară fiind același climat lipsit de curenți de aer semnificativi și precipitații. Deasemenea, temperatura a fost aproximativ aceeași.

Concluzie:

Iași, 1961, M = 0,973, accelerația gravitațională determinată experimental g = 9,8078 → 9,8254 (m/s2) Suceava, 1999, M = 0,933, accelerația gravitațională determinată experimental g = 9,8076 → 9,8215 (m/s2) Botoșani, 2011, M = 0,784, accelerația gravitațională determinată experimental g = 9,8075 → 9,8195 (m/s2) Se poate accepta (cel puțin la nivel de popularizarea stiinței) că efectul Jeverdan-Rusu-Antonescu are loc în timpul unei

eclipse parțiale de Soare.

Alt fel de concluzii:- va exista un pendul Foucault și în C.N. Negruzzi;- va exista un Cerc de Fizică Experimentală și în C.N. Negruzzi;- ...

Profesor coordonator: Galer Sorin.

Data determinării

Ora determinării Perioada oscilației (s)

Accelerația gravitațională(m/s2)

10.09.1999 7,7384 9,807611.09.1999 12h 40m 7,7341 9,8182

13h 50m(maxim) 7,7328 9,821515h 7,7368 9,8114

19.09.1999 7,7384 9,8076

Data determinării Ora determinării Perioada oscilației (s)

Accelerația gravitațională(m/s2)

03.01.2011 8h 30m – 12h 40m 8,3894 9,80754 ± 0,0005104.01.2011 8h 30m 8,3898 9,8067

9h 38m 8,3890 9,808510h 21m 8,3865 9,814410h 37m (maxim) 8,3843 9,819510h 51m 8,3845 9,819111h 05m 8,3860 9,815611h 25m 8,3888 9,809012h 24m 8,3896 9,8071

06.01.2011 8h 30m – 12h 40m 8,3895 9,80744 ± 0,00038