Cuando hablamos de un péndulo, se trata de un cuerpo que tiene movimientos oscilatorios libres alrededor de un eje horizontal fijo; estos movimientos van de un lado a otro ya que cuelga de una base fija mediante un hilo. Uno de los más famosos es el Péndulo de Foucault el cual es la prueba experimental de que la Tierra tiene un movimiento de rotación.
¿Qué es un Péndulo?
Un péndulo es un sistema físico es decir, se trata de un conjunto de objetos o entidades materiales que tienen una relación entre sí y logran realizar una interacción o un modelo matemático establecido.
El péndulo tiene un lugar definido en el espacio tiempo, se le puede medir y asociar a la energía así como a otras fuerzas y magnitudes físicas.
Del péndulo se obtienen movimientos repetidos que pasan por un eje de posición central la cual es llamada posición de equilibrio. A este tipo de movimiento tan peculiar es a lo que se conoce como Movimiento Oscilatorio.
Básicamente el péndulo puede realizar un movimiento oscilatorio debido a la Acción Gravitatoria la cual expone que por el hecho de tener masa, los cuerpos experimentan una fuerza de atracción hacia otros cuerpos; lo cual es la base científica que explica porqué los planetas describen sus órbitas particulares.
Este sistema físico se caracteriza por ser una masa suspendida de un punto o de un eje que se encuentra en disposición horizontal, la cual se sostiene con un hilo que lo deja mover de forma acompasada.
Los tipos de péndulo que existen son muy variados, el nombre y las características de cada uno de ellos se define por medio de su configuración, también se toma en cuenta en este sentido el uso que se le dará al a este increíble objeto.
Los péndulos más reconocidos son los siguientes, péndulo simple, péndulo compuesto, péndulo cicloidal, doble péndulo, péndulo de Foucault, péndulo balístico, péndulo de torsión, péndulo esférico, entre muchos otros.
El Péndulo de Foucault
El Péndulo de Foucault es un péndulo esférico, cuyo rasgo característico es que puede oscilar con libertad sobre un plano vertical, este movimiento puede repetirse de manera constante durante horas, sin que intervenga ninguna otra fuerza en el proceso de movimiento.
Este ingenioso aparato fue construído por León Foucault como una prueba experimental de que es un hecho comprobable la existencia del movimiento de rotación de la Tierra.
¿Quién fué León Foucault?
Foucault fue un hombre de ciencia, un reconocido físico que logró comprobar en el año 1851, mediante un experimento que incluía un enorme péndulo, que efectivamente la Tierra tiene un movimiento de rotación.
Entre otras contribuciones del científico inventor, están las primeras fotografías de la superficie del Sol, fue pionero en los trabajos para medir la velocidad de la luz, e inventó el giróscopo. Descubre más sobre interesantes temas de ciencia en nuestro artículo Inventos de Leonardo Da Vinci
Datos Biográficos
Desde sus primeros estudios de física a nivel universitario, Foucault muestra interés por los campos de experimentación en diversas áreas, para comprobar teorías e hipótesis de las cuales no se había logrado constatar su veracidad de manera experimental.
Foucault se inicia en su trabajo profesional analizando las experiencias de Louis Daguerre en el campo de la fotografía; luego se dedica a trabajar con Hippolyte Fizeau quien es un físico y astrónomo francés que realizó avances importantes en los estudios sobre la luz.
Con este científico francés Foucault dirige una serie de experimentos cuyo objetivo era comprobar teorías sobre la intensidad de la luz.
Otro de los trabajos relevantes del inicio de su carrera, fue su experimentación con la luz infrarroja y para tratar de dar explicación a los fenómenos como la propagación y polarización cromática de la luz.
Para la década de los años 1840 escribe un artículo científico sobre la visión binocular, además de que creó un regulador electromagnético como una mejora para el funcionamiento de las lámparas de arco.
Luego, Foucault se dedicó a realizar experimentos sobre la velocidad relativa de la luz, y de su propagación en medios diferentes como indicadores para comparar el índice de refracción del medio en que se propaga la luz.
Por este trabajo, obtiene el doctorado en la Facultad de Ciencias de París con una tesis que lleva por título «Sobre la velocidad de la Luz en el aire y en el agua» del año 1853.
El Péndulo
En el año 1951 fue cuando por medio de su increíble péndulo demuestra el movimiento de la esfera celeste observado durante el día que realiza el planeta, debido a la rotación del plano del movimiento oscilatorio de un péndulo enorme que se colocó estratégicamente suspendido en el Panteón de París.
Este evento causó todo un revuelo en la comunidad científica, así como también en la curiosidad popular; este inusual aparato logró probar de manera dinámica de la rotación de la Tierra. Descubre más datos interesantes en nuestro artículo Historia de los Premios Nobel
Su otra contribución al mundo de la ciencia física es el giróscopo, el cual creó e implementó como una comprobación experimental, un poco más simple que la del Péndulo.
Más adelante recibe un reconocimiento por sus aportes científicos por parte de la Royal Society, que destaca sus «Notables investigación experimentales»; en el año 1855 fue nombrado en el Observatorio Imperial de París con el título de Físico.
Este año Foucault descubrió que la fuerza que utiliza un disco de cobre sufre un incremento considerable cuando gira entre los polos de un imán. Este mismo disco inicia su proceso de calentamiento, el cual es un fenómeno que se explica en las Corrientes de Foucault inducidas en el metal.
Los espejos
Foucault inventó en el año 1857 un gran prisma que se utiliza como polarizador, el cual se encarga de transmitir de forma selectiva una oscilación del campo eléctrico de la luz, durante este proceso se bloquea el resto de los planos de polarización; este aporte científico también se bautizó con el nombre del físico.
Tiempo después Foucault enfoca su trabajo en desarrollar un método en el cual se pueda determinar la forma de los espejos de tipo reflectivo que se utilizan en los telescopios para establecer la forma de los mismos.
Al método que se obtuvo se le llama Prueba de Foucault, lo cual permite determinar con certeza si un espejo es totalmente esférico, o si por el contrario tiene alguna deformidad en su superficie y que altera su forma.
Antes de que se obtuviera una técnica exacta para determinar este dato con exactitud, la prueba de los espejos para los telescopios se realizaba probando cada uno de los espejos en lo que se llama un método de «Prueba y error».
Últimos trabajos
Para el año 1862 el físico determina la velocidad de la luz dándole un valor de 298 000 km/s, este valor indica la cantidad de distancia que puede recorrer la luz en una unidad determinada de tiempo. Este valor solo pudo ser mejorado años después; cuando se determinó que era de 299.792.458 km/s.
Los últimos trabajos del físico antes de morir en el año 1968 debido a una enfermedad terminal llamada Esclerosis múltiple fueron en el campo de la experimentación para modificar el regulador desarrollado por el científico James Watt.
Foucault logró demostrar el efecto que se obtiene colocando una capa delgada y transparente de plata en la parte exterior del objetivo en un telescopio, se puede observar directamente el Sol sin que esto cause daños en los ojos de la persona que lo intente.
Experimento original del Péndulo de Foucault
El experimento más grandioso que realizó el científico León Foucault en toda su carrera como físico, fue su famoso extraordinario «Péndulo de Foucault» el cual le proporcionó el reconocimiento de toda la comunidad científica internacional y le otorga un lugar privilegiado la historia por los resultados obtenidos de su creación original.
El físico realizó el más popular de sus experimentos en un icónico lugar lleno de historia y de ciencia, el Panteón de París, un emblemático sitio donde están enterrados hombres y mujeres que hicieron su contribución a la historia del mundo, es un lugar donde se les reconoce y honra por su trabajo, inventos y logros durante toda su carrera.
El Péndulo de Foucault, causa un revuelo inmediato entre todos los amantes de la ciencia, en especial llama la atención de los representantes de la comunidad científica de ese entonces quienes esperaban con ansias el resultado de dicho experimento, pues saben la reputación del físico Foucault.
En el mes de Febrero del año 1851 fue la primera vez que se ve públicamente la estructura del famoso péndulo, ya que se exhibió en el Observatorio de París, uno de los sitios preferidos del científico. Poco tiempo después, llevó su formidable creación, al interior del Panteón de París.
Un aparato único
Para realizar su demostración, Foucault hizo suspender en el aire un péndulo de plomo, el cual consiste en una bala de cañón recubierta por una delgada capa de latón, el cual llegó a tener un peso aproximado de 28 kilos aproximadamente.
Esa gran y pesada bola de plomo, estaba suspendida en el aire por un cable increíblemente largo, de 67 metros, el cual estaba sujeto y pendía justamente debajo de del centro de la cúpula del Panteón.
El plano del movimiento oscilatorio del péndulo originalmente giraba hacia la derecha unos 11º por hora como medida aproximada, lo cual explica el tiempo en que se produce el dibujar un círculo completo en 32,7 horas.
El montaje original que utilizó Foucault en el año 1851 en el Panteón de París se trasladó justo en el año 1855 al famoso Museo de Artes y Oficios de París. Luego se realiza oro montaje temporal en el mismo Panteón de París pero en el año 1902 para celebrar el aniversario número 50 de que se realizó el experimento original por Foucault.
Reconstrucción
El Péndulo de Foucault fue reconstruido y devuelto al panteón de París cuando se efectuaron trabajos para mejorar la infraestructura del Museo de Artes y Oficios. El periodo de 1990 al 1995 se pudo apreciar la obra en toda su magnitud en este lugar hasta la reapertura del museo en el año 2000.
Un accidente de gravedad sucedió en el año 2010, cuando el cable de dónde está suspendida la bola central del péndulo se rompió, y causó daños irreparables en el aparato y en el suelo de mármol del museo.
Existe una copia exacta y fiel a la original del Péndulo de Foucault que está ubicada bajo la cúpula del Panteón de París, el cual comenzó su oscilación cuando fue instalado y continuó su movimiento de manera continua desde el año 1995 hasta el 2014, cuando se desmonto para los trabajos de reparación del edificio.
En el mes de Septiembre del año 2017 el péndulo volvió a ser instalado en su lugar de honor bajo la cúpula del Panteón de París y está funcionando de nuevo.
Movimiento de Rotación de la Tierra
El movimiento de Rotación es aquel que se efectúa cuando un cuerpo cambia de orientación de forma que la línea que dibuja, la cual es llamada el Eje de Orientación permanece fijo.
La Tierra tiene su movimiento de rotación el cual consiste en que nuestra esfera celeste gira alrededor de su propio eje. Nuestro Planeta gira de este a oeste, de la misma manera en que lo hacen todos los demás planetas del Sistema Solar, con la excepción de Venus.
Si hacemos un análisis donde tomamos al Polo Norte como punto de referencia, podemos inducir que la Tierra gira en el sentido antihorario. Nuestro planeta da un giro completo (comparándolo con una estrella fija) en un lapso de 23 horas, 56 minutos y 4 segundos.
El Péndulo de Foucault evidencia la veracidad de esta teoría efectuando la comprobación de la misma, por medio de un objeto de masa considerable suspendido de un punto a una altura predeterminada.
Se debe tomar en cuenta que el movimiento oscilatorio del objeto que funge como péndulo se realiza de manera independiente, incluso del propio movimiento de rotación que la Tierra efectúa de manera continua.
El único punto que no se puede independizar total y absolutamente del movimiento de rotación de la Tierra pues tiene el punto donde está atado de la estructura donde se sostiene.
Un detalle importante
Como un dato curioso, podemos observar que la velocidad de la Tierra es de 1670 Km/h si se toma como referencia el Ecuador, pero este valor disminuye considerablemente y de manera gradual hasta llegar a los Polos, donde el valor antes descrito llega a ser nulo.
Desde el inicio de la vida de nuestro planeta, la Tierra ha efectuado su movimiento de rotación, por lo cual nuestro Planeta tiene millones de años en los cuales ha variado un poco su movimiento de rotación, el cual ha sufrido una ralentización debido a la gravedad de nuestro satélite natural.
Consecuencias del movimiento de rotación
El movimiento de rotación que realiza la Tierra tiene consecuencias tangibles y complejas sobre los cuerpos que están en movimiento sobre la superficie del planeta.
Las características de estas consecuencias son una serie de efectos de rasgos aparentes, por ejemplo es el efecto que influye para que los vientos se desvíen hacia la izquierda cuando se trata del Hemisferio Norte y hacia la derecha cuando se refiere al hemisferio Sur.
Este efecto se llama efecto Coriolis, y se genera debido al movimiento de rotación de la Tierra, el cual ejerce una acción relevante sobre los objetos que hace que curven su dirección de acuerdo al hemisferio donde estén, lo cual es el resultado de que la Tierra gira de oeste a este.
El movimiento de rotación de la Tierra es el responsable de que los cuerpos que se mueven en la superficie del Planeta tengan un efecto tridimensional, en especial es una condición que presentan los líquidos, por ejemplo las grandes masas de agua, los ríos, lagos y océanos.
En este sentido, otros elementos que se ven afectados por este movimiento, son los gaseosos presentes en la atmósfera, como por ejemplo el viento en la superficie de la Tierra. Se trata de un efecto inercial que afecta la hidrósfera como la atmósfera.
Sucesión del Día a la Noche
Como la Tierra es un cuerpo esférico, una parte de su superficie pasa a diario de la iluminación de los rayos del Sol a la oscuridad que genera su ausencia, de manera continua; esto es lo que comúnmente se llama el día y la noche.
Este efecto de luz y oscuridad repercute en el modo de vida de todos los seres vivos del planeta, siendo importante este ciclo para regular la calidad de vida y los procesos para el desarrollo de los animales, las plantas y los seres humanos. Descubre más sobre temas relacionados en nuestro artículo Invierno
El día y la noche determinan la exposición a los rayos solares, lo que produce la condensación en la superficie terrestre, que contribuye a regular la condición extrema que se generaría si un lado del planeta estuviera expuesto a los rayos del Sol todo el tiempo, así como también la ausencia de vida debido a la oscuridad reinante en el otro lado.
La atmósfera de nuestro planeta, absorbe y reparte de manera equitativa, el calor que se recibe durante el día, el cual se dispersa durante la noche, lo cual básicamente es lo que permite la vida sobre la Tierra.
La forma de la Tierra
El movimiento de rotación de la Tierra genera una fuerza centrífuga, cuyo mayor efecto se siente en el Ecuador, lo cual da como resultado que nuestro Planeta tenga la forma abultada en la parte central. Dicha fuerza también da origen al achatamiento que se puede observar en la zona de los polos.
Esta forma particular de nuestro planeta actúa como un elemento regulador, de la dinámica con las corrientes marinas, (de las grandes masas de agua) y de los elementos que interfieren en la atmósfera y el clima.
Efectos físicos de la Rotación de la Tierra
El movimiento de rotación terrestre origina una serie de consecuencias que quedan definidas y comprobadas por medio del experimento con el Péndulo de Foucault, ya que el objetivo de este instrumento es el de demostrar los efectos físicos de dicho movimiento en la superficie terrestre.
Las consecuencias más notorias del movimiento de rotación de la Tierra son las que se manifiestan en los objetos que se mantienen en constante movimiento y en las grandes masas de agua, específicamente en los desplazamientos de las mismas.
También existen otros aspectos en los que se puede evidenciar la influencia energética de dicho movimiento, los cuales se agrupan según sea la naturaleza del evento, como por ejemplo las respuestas aparentes, las inerciales, tridimensionales y asimétricas que se generan a partir del movimiento de la Tierra.
Efecto aparente
Existe la falsa creencia de que es el péndulo el que se desvía hacia la derecha en el sentido de las agujas del reloj, la verdad es que es la superficie terrestre la que la que se mueve en el sentido contrario. Descubre más sobre interesantes temas de ciencia en nuestro artículo La Teoría del Todo
Desde el punto de vista de las leyes físicas, el péndulo mantiene la dirección original con la que inicia su movimiento oscilatorio sin desviarse hasta que pierde completamente el impulso y gradualmente se va deteniendo hasta que lo hace por completo.
Cuando el péndulo ejerce el movimiento de oscilación que derriba las esferas que se ubican en el círculo en un periodo de 12 horas continuas es una prueba del efecto real del giro doble que se efectúa en el mismo círculo pero en el sentido contrario.
Es decir, se produce un doble giro que se realiza durante 24 horas continuas, con sentido de derecha a izquierda, la dirección opuesta a las agujas del reloj.
El efecto del movimiento oscilante del péndulo antes descrito ocurre solo en el hemisferio Norte, ya que en el hemisferio Sur, el movimiento de la superficie terrestre se percibe de izquierda a derecha, por lo que el desvío aparente del péndulo se genera en dirección opuesta.
Efecto inercial
La inercia es la propiedad que tienen los cuerpos de permanecer en reposo ofreciendo resistencia a la posibilidad de modificar su estado inicial, incluyendo cambios como la velocidad o la dirección de dicho movimiento.
Este aspecto de incapacidad para modificar el estado de reposo en que se encuentran los cuerpos por sí mismos, es lo que llamamos inercia.
El efecto inercial queda demostrado cuando la enorme masa de la esfera del péndulo, la cual es inferior a la altura desde el punto de vista de sustentación, es lo que explica científicamente que por las leyes de la inercia, el péndulo pueda continuar moviéndose durante horas, en las cuales mantiene la misma dirección.
En este sentido, si se coloca un imán en la base de la estructura del péndulo, este movimiento oscilatorio puede realizarse de manera infinita, lo cual lo convierte en un movimiento sin fin.
Efecto Tridimensional
Para explicar este efecto, debemos tener en cuenta que todos los cuerpos que poseen movimiento en la superficie terrestre, tienen volúmen como rasgo común, así que el movimiento de rotación de la Tierra los afecta de manera diferente según sus características.
Los aspectos para tomar en cuenta son: las dimensiones de los cuerpos, el tamaño, la masa y la densidad de los mismos. Es importante el factor de influencia que pueda ejercer la presencia de otro cuerpo que también se mueve.
Fenómenos Meteorológicos
Una de las aplicaciones prácticas de estos conceptos tridimensionales es el la meteorología, pues en esta área se determina la formación de nubes, tormentas, y otros fenómenos meteorológicos. Descubre más sobre los increíbles fenómenos naturales en nuestro artículo Rayo
Un ejemplo de cómo se relaciona el movimiento rotatorio de la Tierra con los fenómenos meteorológicos, es la formación de los tornados.
Un tornado se crea cuando una corriente de aire frío y seco desciende frente a una nube, y baja dando vueltas en sentido de las agujas del reloj, esta corriente de aire no es fácil de observar pues hasta que no llegue al suelo con gran velocidad de rotación.
Es cuando esta corriente de aire toca el suelo que podemos observar la la particularidad de que se levanta el polvo, los escombros y un sin fin de elementos del suelo debido a la fuerza del viento. Descubre más sobre temas relacionados en nuestro artículo Nubes
Como un efecto inmediato cuando toca tierra, se forma un embudo en sentido contrario al de las agujas del reloj, con aire de características cálidas y húmedas, el cual inicia su ascenso; poco a poco va aumentando de tamaño y dimensiones, por lo cual se da una disminución de la velocidad.
Los vientos alisios que se generan en el Ecuador, las corrientes Ecuatoriales, los huracanes, las corrientes marinas y otros fenómenos atmosféricos son producto de la respuesta inercial del movimiento de rotación terrestre.
Efecto asimétrico
El efecto asimétrico originado por el movimiento rotatorio de la Tierra se manifiesta en la asimetría de los fluvial, en la cual intervienen diferentes factores como la desigualdad del terreno, el clima y la intervención directa del ser humano.
Los ríos se presentan particularmente asimétricos si analizamos los aspectos que lo caracterizan como el cauce, la cuenca, los afluentes, sedimentos, el caudal, y la formación de ríos residuales, entre otros.
Descripción y fundamento del Péndulo de Foucault
Para lograr la descripción del funcionamiento el Péndulo de Foucault, consideremos un ejemplo práctico, en el cual, hacemos girar la plataforma que le da soporte a la estructura del péndulo, mientras este se encuentre oscilando.
Al hacer esto el movimiento oscilatorio del péndulo permanece inalterado, con respecto a un observador que esté ubicado en un punto fijo.
Este efecto se debe a la acción de la inercia en la masa pendular. Sobre la masa del péndulo actúan dos fuerzas, el peso de la misma y la tensión del hilo que la mantiene suspendida en el aire. Debido a que estas fuerzas están contenidas en el plano de las oscilaciones, estas se llevan a cabo siempre en un mismo plano.
Si el movimiento oscilatorio es observado por una persona que esté en una plataforma giratoria, se mostrará alterado, ya que el plano de las oscilaciones se efectúa una precesión lo cual quiere decir que es un movimiento asociado a un cambio de dirección.
Esto se refiere al eje de rotación vertical, el cual va con una dirección en sentido contrario al movimiento que se ejecuta en el giro de la plataforma.
Descripción del experimento del Péndulo de Foucault
El Péndulo de Foucault utiliza la propiedad de inalterabilidad del plano donde se realiza el movimiento oscilatorio, lo cual fundamentalmente es el principio físico que utiliza León Foucault con el objetivo de efectuar la comprobación de que el movimiento de rotación de la Tierra alrededor de su propio eje rotatorio.
El científico demostró que el movimiento de rotación de la Tierra en torno a su eje no es precisamente un elemento que pueda ser tomado como una referencia inercial.
Foucault realizó su experimento de manera pública en el año 1851 justo bajo la cúpula del Panteón de París, para lo cual suspendió en el aire una bola de 28 kilos con un hilo de 70 metros de longitud.
El periodo del movimiento oscilatorio de un péndulo de estas dimensiones es de 17 segundos aproximadamente. Al estar suspendido del suelo, esta masa tenía total libertad de movimiento, en cualquier dirección posible.
Debajo del punto medio de toda la estructura del péndulo, alrededor del punto del suelo que está directamente debajo de donde está suspendida la masa central pendular, se dispuso un contenedor circular lleno de arena, con la finalidad de que cada vez que lo rozara la aguja metálica del péndulo deje una marca visible con cada movimiento de oscilación.
Al observar los resultados luego de transcurrido un tiempo determinado, se puede observar que con los movimientos de oscilaciones sucesivas, se nota que el plano de oscilación tiene un movimiento de rotación en el sentido de las agujas del reloj.
Luego de transcurrida una hora este plano de oscilación del péndulo había girado aproximadamente unos 11 grados, llegando a completar la circunferencia en un poco más de 32 horas.
Variaciones
Si el mismo experimento que se acaba de describir se hubiese realizado en el Polo Norte, el plano oscilatorio del péndulo estaría fijo ante un observador en un punto fijo, mientras que la superficie terrestre giraría bajo el péndulo realizando una vuelta cada 24 horas.
Si por el contrario, la persona que realiza la observación está sobre el planeta Tierra, verá girar el plano del péndulo en una oscilación que se realizaría en sentido contrario al movimiento de rotación terrestre, y realizará un movimiento cada 24 horas.
El tiempo que se toma el péndulo en realizar su movimiento oscilatorio para recorrer los 360 grados del círculo, es mucho mayor cuando se ubica en los polos.
Si el experimento se realiza en la zona Ecuatorial de la Tierra no se llega a producir este efecto, pues el péndulo se mueve de manera oscilatoria sin generarse ningún cambio.
Fase Geométrica
En física, el término Fase Geométrica se refiere a la cualidad de un sistema de efectuar una trayectoria que luego de efectuada lo devuelve a su punto original, mientras se encuentre bajo la influencia de un parámetro determinado sin incluir una perturbación externa.
El Péndulo de Foucault se ha clasificado como un caso especial de la universalidad del concepto de Fase Geométrica. Más bien está relacionado con el Transporte Paralelo, el cual es un término matemático que especifica una técnica de proyectar vectores sobre curvas diferenciables, con la característica de que se mantienen de forma paralela respecto a la conexión original.
En este sentido, se debe considerar el hecho comprobado de que el periodo o tiempo de duración del evento del movimiento de rotación de la Tierra, es mucho mayor que la misma unidad medida en el péndulo.
Esto se relaciona con el hecho de que el cambio de dirección de la fuerza que se evidencia en el movimiento pendular, para lo cual se toma como referencia el movimiento terrestre, es lo suficientemente lento como para que no ocurra un intercambio de energía entre las dos oscilaciones.
Péndulos de Foucault en el Mundo
El Péndulo de Foucault es una prueba irrefutable de la rotación de la Tierra, este experimento permitió demostrar que la Tierra tiene un movimiento constante que causa sus efectos en la superficie del planeta, el cual se genera desde el principio de los tiempos y no se ha detenido jamás.
Este aparato único también puede determinar la latitud de un lugar sin que se tengan que hacer observaciones astronómicas adicionales.
El Péndulo de Foucault original se encuentra en Francia; debido a su importancia histórica y científica existen réplicas que se distribuyen a lo largo y ancho de todos los países del mundo.
Modelos
Los péndulos de montaje giratorio son comúnmente utilizados para realizar la demostración del funcionamiento del Péndulo de Foucault original.
Cuando el péndulo se inclina y se procede a hacer girar el soporte, de inmediato se puede observar que el péndulo mantiene el plano del movimiento de oscilación inicial, pero gira en relación con la base giratoria además de la suspensión.
Si se conecta una cámara a la base giratoria se puede mostrar la visión que capta el aparato en el sistema giratorio. EL plano de oscilación en este caso gira en base al edificio, pero no cambia con relación a otros cuerpos celestes con los cuales se puede hacer un experimento comparativo.
Este experimento es una prueba tangible del movimiento de rotación de la Tierra, lo cual es un hecho sin precedentes en la historia de la humanidad. A continuación presentamos algunos de los péndulos que son los más reconocidos a nivel internacional.
Estados Unidos
En Estados Unidos, específicamente en una de las ciudades más concurridas y ajetreadas del mundo, a 40 grados de Latitud Norte, situado en el emblemático edificio de la Organización de las Naciones Unidas se encuentra una representación exacta del Péndulo de Foucault.
Este réplica del famoso péndulo tiene una masa de 91 kilogramos y mide casi 23 metros de alto. Está en movimiento y perfectamente funcional.
Este péndulo fué inaugurado en el año 1955, tiene una esfera de color dorado que va suspendida del techo del recinto por un alambre fabricado de acero inoxidable, tiene libertad de realizar movimientos oscilatorios en cualquier dirección del plano.
En cuanto al movimiento que describe, este sufre una desviación continua que va en dirección de las agujas del reloj, lo cual da como resultado que la vuelta de todo el círculo se complete en un lapso de 36 horas y 45 minutos.
Ohio
Demás del péndulo del edificio de las Naciones Unidas, existen otros muy visitados, como por ejemplo el que está ubicado en el Museo de Historia Natural de Cleveland, en el estado de Ohio.
El tamaño de este péndulo en particular es de 125 kilos de masa, y tiene la capacidad de realizar un movimiento continuo por un espacio de dos horas antes de detenerse completamente.
Una característica diferente de este péndulo, es que se le instaló un imán electromagnético, con el fin de contrarrestar fuerzas, que aunque son de menor importancia pudieran afectar el comportamiento del movimiento de oscilación del péndulo.
Estas fuerzas son la fricción del alambre con que está suspendida la masa y la resistencia del aire, el cual es un factor relevante que debe ser tomado en cuenta.
Illinois
El péndulo que está localizado en el Museo de Ciencia e Industria de Chicago Illinois, tiene unas dimensiones de 300 kilogramos de masa y 20 metros de altura, el tiempo que le toma en completar un movimiento oscilatorio completo es de 12,6 segundos.
Muchos de los estados del país tienen en sus espacios dedicados a la divulgación e investigación científica, una réplica del Péndulo de Foucault, los cuales pueden variar un poco en cuanto a las especificaciones de su estructura, pero en esencia son una representación del péndulo original diseñado por Foucault.
En Estados Unidos existen muchos estados que tienen una réplica del péndulo en alguna de sus instituciones científicas o edificios significativos tales como sedes universitarias, museos, observatorios academias otros centros educativos.
Algunos de estos estados son las siguientes: Alabama, Alaska, Arizona, Arkansas, California, Colorado, Florida, Georgia, Idaho, Indiana, Iowa, Kansas, Kentucky, Louisiana, Maine, Maryland, Massachusetts, Michigan, Minnesota, Montana, Nebraska, Nevada, New Hampshire, New Mexico, Carolina del Norte, Oklahoma, Oregon, Tennesse, Texas, Utah, Washington y Wyoming.
Hungría
Hungría tiene una larga data en lo que respecta a la construcción de una representación de este experimento científico como lo es el Péndulo de Foucault.
El primero que fué fabricado en el año 1880 por el científico Adolf Kunc en la ciudad más antigua de todo el país, llamada Szombathely. En total completan 37 muestras de este experimento distribuidas en todo el país.
En este asentamiento urbano han existido la increíble cantidad de 5 representaciones del péndulo, la última es del 16 de Mayo del año 2014. Las otras ubicaciones del péndulo en Hungría están en Budapest, Hódmezővásárhely, Nagykanizsa, Ozd, Dunaújváros, Kiskunhalas, Szeged, Debrecen y Györ entre otros.
Péndulo de Foucault: México
Las réplicas del Péndulo de Foucault que existen en América Central están distribuidas mayormente en México, donde existen seis representaciones de este importante e interesante experimento, que significó un enorme aporte científico en el área de la Física.
Los péndulos que existen en este país se encuentran principalmente en Ciudad de México; en la Catedral Metropolitana y en la Biblioteca de la Universidad Autónoma Metropolitana, la cual se ubica en el Campus Azcapotzalco de la Ciudad de México.
Querétaro
En México está uno de los péndulos más frecuentados, el cual cuenta con visitas guiadas donde proporcionan datos interesantes sobre el experimento original. Se trata del péndulo que está ubicado en el Centro Educativo y Cultural “Manuel Gómez Morín”.
En el año 2002 comienza la etapa de diseño e instalación de la réplica del Péndulo de Foucault, el cual está a cargo de el Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la Universidad Nacional Autónoma de México junto con el Centro de Ingeniería Avanzada (CIATEQ) y el Consejo de Ciencia y tecnología de Querétaro (CONCYTEQ).
Todos estos organismos unieron sus esfuerzos y se llevó a cabo una obra de gran escala, para la cual se construyó una estructura y un nuevo edificio con una cúpula de 36 metros de diámetro y una altura de 28 metros.
El Péndulo de Foucault que está en Querétaro, tiene como soporte, un cable de acero trenzado que mide 28 metros de longitud. En en centro, se encuentra la bola de esfera, la cual está hecha enteramente de bronce y pesa unos 280 kilogramos; el diámetro de la misma es de 64 centímetros aproximadamente.
Cabe destacar, que este péndulo se diferencia de los demás en México debido a que posee la bola pendicular más grande y pesada; la cual gira en el sentido horario. Un giro entero para completar la circunferencia le lleva 67 horas, es decir se mueve a razón de 5,3 grados por hora.
Sistema de Control
En este péndulo se ha instalado un Sistema Hidráulico de Control Lógico, con la finalidad de controlar y corregir cualquier fuerza o interrupción del movimiento oscilatorio del péndulo, se trata de aspectos como la tensión del cable, la cantidad de oscilaciones, la fricción y la fuerza de Coriolis, entre otros.
Cuando se detecta alguna anormalidad en el movimiento del péndulo, el centro de control corrige la situación enviando las órdenes respectivas para dar energía al mecanismo inyectando algo de fuerza para que el movimiento no se detenga y puede completar su recorrido sin final.
Sinaloa
Existe otro péndulo también muy reconocido el cual está localizado en el Centro de Ciencias de Sinaloa, específicamente ubicado en la entrada principal del recinto, el cual consiste en un cable de 17 metros que se encuentra unido a la cúpula del edificio.
La esfera del péndulo pesa 400 kilogramos, y se tarda en completar su movimiento de oscilación en 8,3 segundos; este mecanismo se ha mantenido en movimiento desde su instalación por un dispositivo magnético que compensa la energía debido a la resistencia y a la fricción.
Para este péndulo en particular, se dispuso en el borde del círculo que está debajo de donde se realiza el movimiento, unas barras de cobre, las cuales se colocaron a una distancia equitativa una de las otras y ayudan a demostrar el movimiento oscilatorio del péndulo.
España
En España existen muchos modelos a escala del Péndulo de Foucault, algunos de data muy antigua; todos están ubicados en edificios donde funcionan dependencias de casas de estudios superiores y organismos dedicados a la ciencia.
En la ciudad de La Coruña, específicamente ubicado en el Museo de la Ciencia Príncipe Felipe, está uno de los péndulos más antiguos instalados en España.
En este emblemático edificio se encuentra colgado desde lo alto de las vigas instaladas en la estructura del techo de la construcción que lo alberga, el Péndulo de Foucault, el cual tiene una base circular con componentes que pueden ser móviles.
Al igual que el péndulo original que se encuentra en el Panteón de París, en su movimiento oscilatorio continuo está la clave para entender y demostrar que la Tierra tiene un movimiento rotatorio constante, que nos afecta a todos los seres vivos.
Esta réplica del péndulo tiene un cable con una longitud de 34 metros, lo cual lo convierte en uno de los péndulos más largos que existen; este modelo completa su círculo de movimientos oscilatorios en 34 horas aproximadamente.
Otros péndulos muy visitados están en Madrid en el Real Observatorio Astronómico que se encuentra en el Parque del Buen Retiro, también en Barcelona, está un péndulo que es muy especial, debido a que fue el primero que se instaló en España en el año 1980, el cual está ubicado en el CosmoCaixa Barcelona.
Cantabria
El famoso Péndulo de Foucault está el moderno Edificio de la Empresa de CIC Consulting Informático, que se encuentra ubicado en el Parque Tecnológico y Científico de Cantabria.
Para celebrar sus 20 años de trayectoria empresarial puso en marcha un proyecto para el cual se construyó una enorme réplica del Péndulo de Foucault, con lo que se quiere rendir homenaje al descubrimiento científico del Siglo XIX cuyo objetivo es demostrar el movimiento rotatorio de la Tierra.
La instalación de la enorme estructura se colocó como un símbolo de la continuidad de los proyectos de la empresa, de los que la directiva espera que nunca dejen de moverse, al igual que el movimiento del péndulo, del cual se espera que nunca deje de oscilar.
Las características de este péndulo son similares a las del original, con diferencias en la medida del cable para suspender la masa que es de 17 metros de largo y la esfera central que tiene 120 kilogramos de peso.
Comunidad Autónoma de Castilla y León
Situado en la parte suroeste de la ciudad de Valladolid, de la región de la Comunidad Autónoma de Castilla y León en España, está el Museo de la Ciencia de Valladolid, el cual está funcionando desde el año 2003.
En una de las salas del museo, se encuentra una exposición de una réplica del Péndulo de Foucault, el cual se encuentra suspendido desde una altura de unos 11 metros aproximadamente; la esfera está hecha de hierro y posee unos 20 centímetros de diámetro, también tiene entre sus características un peso de 80 kilos.
Otros lugares donde existen modelos a escala del Péndulo de Foucault son Santander, en Salamanca, en Valencia en Becerril de Campos y en Castejón, todos ellos se encuentran en funcionamiento en edificios relacionados con la ciencia, el avance tecnológico y la divulgación del conocimiento científico.
Chile
En la hermosa ciudad de Valdivia, la cual se encuentra a una latitud casi de 40 grados a Sur, existe una representación del Péndulo de Foucault, la cual fué hasta el año 2012 la más Austral del mundo.
Específicamente, en el Centro de Estudios Científicos de Valdivia, ubicado en el llamado Paseo de la Costanera Científica, se encuentra un Péndulo de Foucault, el cual fué creado y puesto en marcha por el físico Español Miguel Cabrerizo en el año 2007.
Las características de este péndulo consisten en una esfera cromada de plomo la cual tiene unos 100 kilogramos de peso, la cual está suspendida de un alambre que está hecho de acero, el cual tiene unos 13 metros de largo.
Para complementar y dar soporte a la estructura, cuenta con un refuerzo de acero el cual está formado por la lámpara de un viejo faro del Siglo XIX la cual hace muchos años que está inutilizada.
En cuanto a su movimiento de oscilación, este tiene un periodo de duración de 7 segundos. Su desviación o giro aparente es de 10 grados por cada hora; este péndulo puede completar una vuelta a la circunferencia en 36 horas.
Cabe destacar, que este péndulo, por estar ubicado en el hemisferio sur gira en dirección diferente, es decir su giro es antihorario o contrario a las agujas del reloj, lo cual es al revés de los que se conocen en el hemisferio Norte.
Puerto Montt
En la ciudad de Puerto Montt la cual tiene una latitud de 41° 30′ Sur, tiene un Péndulo de Foucault situado en los terreno del Colegio San Francisco Javier una institución educativa de renombre en Chile.
En su instalación estuvo un grupo de ingenieros de la Universidad Técnica Federico Santa María, todos a cargo del Jefe de Ingenieros Gustavo Arroyo.
Este péndulo se puede describir como una estructura fiel a la original, la cual utiliza una esfera cromada de 115 kilos de peso, la cual realiza su movimiento oscilatorio con libertad pues está suspendida en el aire por un cable que tiene una longitud de 19,5 metros de longitud.
En su diseño se incluyó un dispositivo que actúa a manera de punto de control para que compense la acción de la fricción y la resistencia del aire, lo cual puede afectar el movimiento del péndulo haciendo que este pueda detenerse y no llegue a compensar el ciclo.
Santiago de Chile
En la ciudad de Santiago de Chile la cual está situada a unos 33° de latitud Sur, se encuentra un Péndulo de Foucault el cual pertenece a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile.
Este péndulo está ubicado en el salón central de la Biblioteca principal de la universidad. Para el diseño del proyecto se contó con la asesoría del ingeniero Miguel Cabrerizo.
Las obras de instalación culminaron con éxito y se inauguró sin ningún contratiempo el día 3 de Noviembre del año 2017, convirtiéndose así en el primero de la ciudad y en todo una atracción para satisfacer la curiosidad del público en general.
Este péndulo es básicamente una esfera de acero de 30 centímetros de diámetro la cual está rellena con plomo, y llega hasta un peso de 100 kilogramos. Esta esfera está colgada de un cable de acero de 18 metros, lo cual es el mecanismo principal del péndulo.
En cuanto al plano de oscilación del movimiento del péndulo, este tiene una variación en su giro de 8 grados por cada hora, por supuesto su dirección es en el sentido contrario al de las agujas del reloj. Para completar su periodo oscilatorio se tarda un poco más de 43 horas, pasando sobre todo el círculo completo.
Argentina
En la hermosa y cosmopolita ciudad de Buenos Aires, la cual tiene una latitud de 34° Sur, se encuentran dos modelos del Péndulo de Foucault, ambos están ubicados en distintos lugares dentro de la Universidad de Buenos Aires.
El primero de estos dos péndulos se encuentra en el Pabellón II de la Universidad de Buenos Aires, el cual está destinado a la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales dentro de la Ciudad Universitaria.
El proyecto fue diseñado en su totalidad por autoridades de dicha facultad, la cual realizó su inauguración en el mes de Noviembre del año 2004.
Este péndulo tiene características diferentes como que la esfera es de fundición y está hecha con una aleación de hierro y carbono, de tamaño de unos 30 centímetros de diámetros y con un peso de 90 kilogramos.
La distancia que recorre el cable desde su enganche hasta el lugar que se determina para que realice el movimiento oscilatorio es de unos 27 metros aproximadamente. El periodo de oscilación del movimiento tiene una duración de un poco más de 10 segundos.
Movimiento Oscilatorio
En este péndulo se cumple la Ley Física de que el plano de oscilación debe efectuar su rotación en forma contraria a las agujas del reloj, esta medida tiene un error de menos del 10%, lo cual es similar al que presentan los otros péndulos sin importar en qué hemisferio se encuentren.
Este péndulo tiene un aspecto especial, y es que luego de transcurridas entre 6 a 7 horas desde el inicio de su movimiento oscilatorio, se detiene gradualmente hasta que no tiene movimiento alguno, no tiene ningún dispositivo de control o de recuperación de energía.
El otro péndulo está ubicado en la misma Universidad de Buenos Aires pero esta vez se ubica en la sede de la Facultad de Ingeniería. Descubre más sobre interesantes temas relacionados en nuestro artículo El Gato de Schrödinger
Si ha sido de su agrado nuestro artículo sobre el Péndulo de Foucault le invitamos a descubrir más contenido interesante sobre temas diversos en nuestro blog.