El rincón de la Ciencia nº 2 (Septiembre de 1999)
El Péndulo de Foucault y los eclipses de Sol (RC-4)
C. Macho

I.E.S. Victoria Kent


 

   El 11 de agosto de 1999 tuvo lugar el fenómeno astronómico más importante del año : un eclipse smalleclipse[1].gif (14236 bytes)total de sol cuya sombra cruzó Europa de NO a SE. Nunca un eclipse fue esperado y visto por tanta gente.

    Para los científicos, este eclipse era muy interesante, entre otras, por dos razones:

  1. Para poder observar la corona solar - una capa muy caliente de gas ionizado,  ligeramente luminosa, que envuelve a la esfera del sol, que se extiende cientos de miles de km desde su superficie y que sólo es visible durante un eclipse total- porque en este año el ciclo de la actividad solar llega a su máximo, es decir, las manchas solares son mayores y más numerosas.
  2. Comprobar un fenómeno que todavía no tiene explicación para los físicos: la desviación anormal del plano de oscilación de un péndulo de Foucault.

El péndulo de Foucault

    Un  péndulo de Foucault es un péndulo simple, es decir, una bola colgada de un hilo largo y puesta a oscilar.

    El científico francés J. B. Leon Foucault, en el año 1850, comprobó que el plano de oscilación del péndulo -el plano en donde se encuentra la trayectoria del péndulo- giraba lentamente en el sentido de las agujas del reloj. Esto le llamó la atención porque, en todo caso, debería girar en el sentido que lo hace la tierra que es el antihorario - mirando la tierra desde el hemisferio norte, que es en el que se encontraba nuestro científico.

    La explicación del fenómeno ya se podía dar, entonces, con ayuda de la mecánica newtoniana: el Principio de la Inercia lo explica. Ocurre que, aunque parece que la trayectoria del péndulo cambia, es el suelo, que tiene debajo, el que se mueve - y nosotros con él. Porque si sobre el péndulo sólo actúan la fuerza del peso y la tensión de la cuerda atada y ambas se encuentran en el mismo plano de la trayectoria, el péndulo tiene que seguir siempre en ese plano -al no haber fuerza alguna que lo saque de él.

    Aunque la velocidad angular es la misma en todos los puntos de la superficie de la Tierra, no ocurre lo mismo con su velocidad lineal. Esta velocidad vale w·r, donde w es la velocidad angular y r la distancia al eje de giro. Es máxima en los pend.gif (8079 bytes)puntos del ecuador  -que en este caso r es el radio de la Tierra- y vale cero en los polos. 

   A un observador en la superficie de la Tierra le parecerá que actúa una fuerza  sobre el péndulo, cambiando su trayectoria. Los físicos  llaman a esta fuerza imaginaria:  fuerza de Coriolis -o aceleración de Coriolis, si nos fijamos en la aceleración que produce. En el hemisferio norte parece desviar los cuerpos hacia la derecha de su trayectoria y en el hemisferio sur hacia la izquierda.

   En las siguientes figuras puedes ver las trayectorias que sigue el péndulo visto desde la Tierra (Fig.1) y desde el espacio exterior, por ejemplo, desde el platillo de un extraterrestre que se encuentre inmóvil respecto de las estrellas (Fig. 2).

      trayecto1.gif (2288 bytes) Fig. 1                  trayecto2.gif (2438 bytes) Fig. 2

    El extratrerestre verá que la trayectoria es una línea recta. Desde la Tierra, la trayectoria va girando. La velocidad de giro de ésta, en los polos, es la máxima dando una vuelta cada 24 horas. En el ecuador el péndulo no gira. Según la latitud en la que se encuentre la velocidad de giro vale wf = w·senß.

   Las trayectorias de las figuras anteriores corresponden a las de un péndulo que inicia su movimiento desde el centro de oscilación, en reposo, con un breve impulso. Si la oscilación del péndulo se inicia desde desde un extremo, en reposo respecto de la Tierra, las trayectorias vistas desde la Tierra y desde el espacio exterior serían respectivamente las de las figuras 3 y 4:

              trayecto5.gif (1898 bytes) Fig. 3                        trayecto4.gif (1397 bytes) Fig. 4

    Es esta aceleración la responsable del giro del aire formando las borrascas y los anticiclones. En el hemisferio norte el aire de las borrascas se desvía hacia la derecha formando un remolino en sentido antihorario y en los anticiclones en sentido horario. En  el hemisferio Sur ocurre al contrario. Si Foucaul hubiera hecho su experiencia en una ciudad del hemisferio Sur -en vez de en París, en donde lo llevó a cabo- habría observado como su péndulo giraba en sentido antihorario.

    Mantener la oscilación de un péndulo durante horas es algo complicado. Por el rozamiento con el aire, las oscilaciones van teniendo menor amplitud hasta que llegan a pararse en unas cuantas horas, como mucho. Para mantenerlas se construyen péndulos con  una bola metálica de bastante  masa atada a un hilo muy largo. Además, se disponen campos magnéticos, en el suelo y alrededores, que compensan el rozamiento con el aire. Muchos Museos de la Ciencia y Universidades del mundo tienen montado un péndulo de Foucault (ver enlaces).

El efecto Allais

    Fue un economista fránces, Maurice Allais, -premio Nobel de economía en el año 1988- quien observando el movimiento del  péndulo de Foucault durante el eclipse de 1954, descubrió que la velocidad de giro del plano del péndulo aumentó. Durante el tiempo que estuvo la sombra del eclipse tocando la Tierra -que fue de 2,5 horas- el plano giró 13,6° más de lo que tenía que haberlo hecho.

    Para el eclipse del 11 de agosto de 1999, la NASA organizó un experimento  a nivel mundial (sirviendose de Internet, entre otros medios), con la participación de 11 ciudades de 7 países a lo largo de cuatro continentes y el propósito de comprobar las posibles desviaciones de la trayectoria normal  del péndulo. Algunas de las ciudades tuvieron eclipse total, otras parcial y otras no lo tuvieron.

    En el monasterio austriaco de Kremsmünster   tuvieron eclipse total y  realizaron el experimento. El resultado fue que el plano de oscilación  giró 10° más de lo que tenía que haber girado. En otros lugares no se midió desviación alguna. De momento, la NASA dice que pasaran varios años antes de dar con la explicación. Esta explicación podría traer consigo una revolución de las teorías actuales sobre la gravedad y el electromagnetismo.   

   

Enlaces a otras páginas

Eclipse de Sol del 11 de agosto de 1999

Jean Bernard  Leon Foucault.

Péndulo de Foucault (explicación teórica)

Algunos péndulos de Foucault (montaje)

Maurice Allais.

   

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