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Péndulo de Foucault

Un péndulo de Foucault es un péndulo esférico que puede oscilar libremente en cualquier plano vertical y capaz de oscilar durante mucho tiempo (horas). Se utiliza para demostrar la rotación de la Tierra. Se llama así en honor de su inventor, Léon Foucault.

Animación del Péndulo de Foucault oscilando en el hemisferio sur

Experimento original de Foucault

El Péndulo de Foucault en el Panteón de París

La primera exposición pública del péndulo de Foucault tuvo lugar en febrero de 1851, en el meridiano del Observatorio de París. Unas semanas más tarde, el físico francés Léon Foucault hizo su demostración más famosa en el interior del Panteón de París, cuando hizo suspender un péndulo de plomo de una masa de 28 kg (una bala de cañón recubierta de latón) mediante un cable de 67 metros de largo que pendía justo debajo del centro de la cúpula del Panteón. El plano de oscilación del péndulo giraba hacia la derecha 11° por hora, haciendo un círculo completo en 32,7 horas. El montaje original utilizado en 1851 en el Panteón fue trasladado en 1855 al Museo de Artes y Oficios de París. Una segunda instalación temporal se hizo en el Panteón, en 1902, para el 50 aniversario del experimento original.[1]

Durante la reconstrucción del museo en la década de 1990, el péndulo original se mostró temporalmente en el Panteón (1995), pero fue devuelto posteriormente al Museo de Artes y Oficios de París antes de su reapertura en 2000.[2]​ El 6 de abril de 2010, el cable de suspensión del péndulo se rompió, causando daños irreparables en el péndulo y en el suelo de mármol del museo.[3][4]​ Una copia exacta del péndulo original había estado oscilando de forma permanente desde 1995 bajo la cúpula del Panteón de París hasta 2014, cuando fue desmontado durante los trabajos de reparación en el edificio. En septiembre de 2017 el péndulo volvió a estar instalado y funcionando de nuevo.[5]

Efectos físico - naturales del movimiento de rotación terrestre

En lo que respecta al planeta Tierra, el movimiento de rotación terrestre da origen a una serie de efectos que quedan aclarados y definidos por la observación del péndulo de Foucault, instrumento que sirve para demostrar el movimiento de rotación terrestre y las consecuencias físicas de dicho movimiento. Dichas consecuencias o efectos son los que sufren los objetos en movimiento y las grandes masas fluidas de la superficie terrestre (atmósfera e hidrósfera) en sus desplazamientos, movimientos que también se pueden definir como respuestas aparentes, inerciales, tridimensionales y asimétricas del movimiento de rotación terrestre.

 
Péndulo de Foucault en la Ciudad de Ciencias y las artes de Valencia
  • Es un efecto aparente y no real. No es el péndulo que se desvía hacia la derecha (en sentido horario) sino que es el suelo el que gira en sentido antihorario. Por definición, el péndulo mantiene la dirección inicial de las oscilaciones sin desviarse hasta ir perdiendo fuerza y detenerse. De manera que el movimiento del péndulo derribando todas las esferitas situadas en el círculo del péndulo a lo largo de 12 horas es una demostración del efecto real del giro doble de dicho círculo en sentido antihorario (doble giro durante las 24 horas). Esto es lo que ocurre en el hemisferio norte, mientras que en el hemisferio sur, la superficie terrestre gira en sentido horario por lo que el desvío aparente del péndulo se efectuará en dirección opuesta (en sentido antihorario).
  • Es un efecto inercial. La enorme masa de la esfera inferior en comparación a la altura desde el punto de sustentación es la que explica, por inercia, que pueda estar oscilando durante horas manteniendo la dirección original. Al respecto conviene aclarar que un imán o más bien, electroimán, ubicado en la base del péndulo puede convertir en perpetuo el movimiento de oscilación del péndulo.
  • Es un efecto tridimensional. Esto es evidente: todos los cuerpos que se mueven sobre la superficie terrestre tienen volumen y el movimiento de rotación terrestre actuará de manera diferente según sean las dimensiones, tamaño, masa y densidad y, por otra parte, con la interacción con otros cuerpos que también se mueven. Por ejemplo, todas las tormentas formadas por convección suelen formar nubes si la humedad atmosférica en ese lugar es suficiente y nubes de polvo en las áreas donde la superficie terrestre está muy seca. A su vez, esas nubes y ese polvo tienen un ciclo determinado: las nubes cambian de forma y de tamaño cuando suben debido al aire ascendente durante el proceso de convección. La formación y desarrollo de un tornado es un ejemplo de un proceso tridimensional de la meteorología que no suele estar muy bien descrito. Se ha dicho algunas veces de una columna de aire húmedo que baja de una nube de gran tamaño y al bajar va girando cada vez a mayor velocidad hasta que se pone en contacto con el suelo, donde causa una gran destrucción aunque su radio de giro sea muy reducido. Lo cierto es que un tornado se forma inicialmente por un descenso de aire frío y seco del borde superior de la nube y que baja hacia el frente de la misma girando en sentido horario pero sin verse porque se trata de un aire frío y seco hasta llegar al suelo a gran velocidad de rotación. En el suelo es donde forma un remolino (en sentido horario como hemos dicho) que levanta gran cantidad de polvo y escombros de objetos diversos arrojándolos a su alrededor. Pero inmediatamente se forma un embudo en sentido antihorario formado con aire cálido y húmedo que comienza a ascender aumentando de tamaño y radio de giro y, por lo tanto, disminuyendo su velocidad, pero el formarse con aire cálido que se enfría al ascender, forma una nube embudo que no es sino la fase ya desarrollada del tornado como puede verse en el artículo respectivo. Los vientos alisios en el ecuador, la corriente ecuatorial, las corrientes marinas frías y en mayor o menor grado, todas las demás, se originan como una respuesta inercial del movimiento de rotación terrestre. Lo mismo podemos decir de las corrientes de chorro (jet – stream), los huracanes y muchos otros fenómenos.
  • Es un efecto asimétrico. La asimetría de los ríos es un ejemplo que se debe al efecto asimétrico del movimiento de rotación de la Tierra. Los ríos son asimétricos en lo que respecta a su cauce, su cuenca, los espolones o diques naturales del cauce, los afluentes y sus confluencias con el río principal, los depósitos de aluviones o sedimentos, la mayor o menor energía de su caudal o del transporte de sedimentos, el poder erosivo, la captura o intercepción fluvial y la formación de ríos residuales (a veces también denominados ríos decapitados).[6]

Descripción y fundamento

 
Esquema de un dispositivo para ilustrar el fundamento del péndulo de Foucault
 
Péndulo de Foucault en el Polo Norte. El péndulo oscila en un plano constante en el espacio, mientras que la Tierra gira por debajo de él.
 
Animación del péndulo de Foucault del Panteón de París (48°52' Norte), con el ciclo de rotación terrestre comprimido. El trazo verde muestra el recorrido alabeado del péndulo respecto al suelo (el marco de referencia rotatorio). El plano de oscilación presenta una rotación relativa a la Tierra. Cuanto más largo es el cable del péndulo, más evidente se hace el efecto. Longitudes de entre 12 y 30 m son habituales.[7]
 
Movimiento de rotación de la Tierra debajo del péndulo de Foucault

Consideremos en primer lugar el dispositivo que mostramos en la figura. Si hacemos girar la plataforma mientras el péndulo está oscilando, observaremos que el plano de las oscilaciones permanece inalterado con respecto a un observador inercial. Este efecto se debe a la inercia de la masa pendular. Puesto que las dos fuerzas que actúan sobre ella (su peso y la tensión del hilo) están contenidas en el plano de las oscilaciones, estas, una vez iniciadas, tendrán lugar siempre en un mismo plano. Para cambiar el plano de las oscilaciones se requeriría un componente de fuerza normal a dicho plano.

Por el contrario, resulta obvio que el plano de las oscilaciones no permanecerá inalterado para un observador situado sobre la plataforma giratoria, que será, evidentemente, un observador no inercial; para este observador, el plano de las oscilaciones efectuará una precesión alrededor del eje vertical (eje de rotación) en sentido contrario al de giro de la plataforma y con la misma celeridad angular (de precesión).

Esta propiedad de la inalterabilidad del plano de las oscilaciones del péndulo fue utilizada por el físico francés Bernard León Foucault (1819-68) para comprobar el movimiento de rotación de la Tierra en torno a su eje y demostrar que la Tierra no constituye una referencial inercial. Foucault realizó públicamente su experiencia en 1851, bajo la cúpula del Panteón de París, utilizando una masa de 28 kg suspendida de un hilo de 70 m de longitud. El periodo de un péndulo de esa longitud es de unos 17 s. La suspensión del extremo superior del hilo permitía al péndulo oscilar con igual libertad en todas las direcciones. Alrededor del punto del suelo que estaba directamente debajo del punto de suspensión se dispuso una balsa circular, llena de arena, de unos 3 m de radio, de modo que una aguja metálica colocada en la parte inferior de la masa pendular barría la arena en cada oscilación. Se vio con toda claridad que, en oscilaciones sucesivas, el plano de oscilación del péndulo rotaba en el sentido de las agujas del reloj. En una hora el plano de oscilación del péndulo giraba unos 11°, y la circunferencia se completaba en algo más de 32 horas.

¿Por qué gira el plano de oscilación del péndulo? Es fácil comprender que, si la experiencia se hubiera realizado en el Polo Norte, resultaría evidente que el plano de oscilación del péndulo permanecería fijo en un referencial inercial, mientras que la Tierra giraría bajo el péndulo a razón de una vuelta cada 24 horas. Por el contrario, un observador situado "sobre" la Tierra vería girar el plano de oscilación del péndulo en sentido contrario al de la rotación terrestre, dando una vuelta cada 24 horas. La situación es muy diferente y mucho más difícil de analizar cuando abandonamos el Polo Norte y nos situamos en un lugar de la Tierra de latitud geográfica λ. Entonces, como ya hemos visto al describir la experiencia de Foucault, el tiempo empleado por el plano de oscilación del péndulo para girar 360° es mayor del necesario en el Polo. Cuando se realiza el experimento en la zona ecuatorial de la Tierra el péndulo se balancea sin cambiar, el efecto no se produce.

Cálculos cuidadosos permiten relacionar la velocidad angular Ω de rotación del plano de las oscilaciones del péndulo con la velocidad angular ω de rotación de la Tierra:

(1) 

donde (90°-λ′) es el ángulo formado por la vertical del lugar y el eje de rotación de la Tierra. La aceleración gravitatoria aparente g* tiene la dirección de la vertical del lugar y como g* solo está ligeramente desviada con respecto a g (0°6’, como máximo), el ángulo λ′ es muy aproximadamente igual a la latitud geográfica del lugar, esto es, λ≈λ′. Obviamente, el plano de oscilación del péndulo precesa en el referencial del laboratorio con una velocidad angular Ω dada por la expresión (1). En el hemisferio Norte la precesión tiene lugar en el sentido horario (mirando hacia abajo).

Podemos interpretar del modo siguiente el resultado expresado por (1):

en un lugar de la Tierra, de latitud λ, el suelo se comporta como una plataforma giratoria con una velocidad angular Ω = ωz = ω sen λ

(componente vertical de la velocidad angular de la Tierra) de modo que el movimiento de precesión del péndulo de Foucault es el que corresponde a esa velocidad angular. De este modo, el tiempo empleado por el plano de oscilación del péndulo en dar una vuelta completa es

(2) 

y el ángulo girado en una hora   es función de la latitud del lugar:

(3) 

La experiencia del péndulo de Foucault es una prueba efectiva de la rotación de la Tierra. Incluso si la Tierra estuviese y hubiese estado siempre cubierta de nubes, la experiencia de Foucault permitiría demostrar que la Tierra está girando. Igualmente, este péndulo permite determinar la latitud del lugar sin recurrir a observaciones astronómicas.

 
Transporte paralelo sobre la superficie de una esfera

Fase geométrica

Se ha reinterpretado el péndulo de Foucault como caso particular de la universalidad del concepto conocido como fase geométrica,[8]​ que por otro lado se relaciona con el transporte paralelo, que se ilustra en la figura, y con el teorema de Gauss-Bonnet,[9]​ que relaciona la curvatura de una superficie con su característica de Euler.

En este sentido, es fundamental tener en cuenta que el periodo de rotación de la Tierra es mucho más largo que el periodo de oscilación del péndulo. En concreto, el cambio de dirección de la fuerza de la gravedad que experimenta el péndulo —en el sistema de referencia de la Tierra— es lo bastante lento como para satisfacer el teorema adiabático,[8]​ de forma que no hay un intercambio efectivo de energía entre las dos oscilaciones.

Péndulos de Foucault relevantes

 
Péndulo de Foucault en el Panteón de París
 
Péndulo de Foucault en el Museo de Artes y Oficios de París; detalle de las clavijas en el suelo.
 
El péndulo de Foucault en el Panteón de París

Estados Unidos

En la ciudad de Nueva York (latitud 40º Norte) en la entrada del edificio de la Organización de las Naciones Unidas. Fue inaugurado en 1955.[10]​ Tiene una esfera dorada de unos 90 kg suspendida del techo a unos 22,5 m del suelo por un alambre de acero inoxidable de modo que puede oscilar en cualquier plano. El plano de oscilación se desvía continuamente en el sentido de las agujas del reloj de manera que completa una vuelta en 36 horas 45 minutos.[11]

Hungría

Hungría tiene más de 30 péndulo de Foucault.[12]​ El primer péndulo de este tipo fue fabricado en 1880 por Adolf Kunc en Szombathely.[13]

Países hispanohablantes

México

  • El Centro Educativo y Cultural Manuel Gómez Morín en Santiago de Querétaro, en Querétaro, México, tiene un péndulo de Foucault[14]​ de 28 m de longitud total, con una masa de bronce (de 64 cm de diámetro y un peso de 280 kg) suspendida de un cable de acero. Su periodo es de 9,3 segundos, realizando una vuelta de 360 grados cada 66,79 horas o 5,38 grados/hora.
  • En la Biblioteca Nacional de Ciencia y Tecnología "Víctor Bravo Ahuja" del Instituto Politécnico Nacional de Zacatenco, México, se colocó en diciembre de 2016.[15]
  • El Centro de Ciencias de Sinaloa cuenta con un péndulo ubicado en la entrada principal, suspendido con un cable de 17 metros desde una cúpula. La esfera pesa 400 kilogramos y su periodo de oscilación es de aproximadamente 8,3 segundos y se mantiene en movimiento por un mecanismo magnético, que compensa la pérdida de energía por fricción. Este péndulo se encuentra en la entrada del museo y cuenta con barras de cobre que la esfera derriba para observar mejor el movimiento de dicho péndulo.
  • La Escuela Militar de Ingenieros, terminada e inaugurada por el presidente Enrique Peña Nieto el 6 de julio de 2018, cuenta con un Péndulo de Foucault en el Edificio académico.[16]
Video externo
  Péndulo de Foucault, en el Museo de la Ciencia de Valladolid.
Atención: este archivo está alojado en un sitio externo, fuera del control de la Fundación Wikimedia.
Péndulo de Foucault en Békéscsaba (Hungría)

España

Chile

  • En la ciudad de Valdivia. Ubicado a una latitud de casi 40° Sur, fue el más austral del mundo hasta el año 2012. Está situado en la avenida costanera Arturo Prat, frente al Centro de Estudios Científicos (CECs) a quien pertenece. Forma parte del paseo de la llamado “Costanera científica” a orillas del río Valdivia. Fue creado por el físico español Miguel Cabrerizo en 2007. Consiste de una esfera de plomo cromada de 100 kg de peso, colgando de un alambre de acero de 13 metros de largo soportado por una estructura de acero rematada por la lámpara de un viejo faro del siglo XIX hoy en desuso. El péndulo tiene un período de oscilación de 7 segundos. Su giro aparente es de 10° en cada hora, completando una rotación cada 36 horas. Además este giro tiene sentido antihorario, al revés que los ubicado en el hemisferio norte.[26][27][28]
  • En la ciudad de Puerto Montt (Latitud: 41° 30' S) Está ubicado en las nuevas dependencias del Colegio San Francisco Javier Su fabricación estuvo a cargo del ingeniero Gonzalo Arroyo de la Universidad Técnica Federico Santa María. Se trata de una esfera cromada de 115 kilos, una longitud de 19,5 metros con un periodo de oscilación de 8,7 segundos. Su diseño incluye un dispositivo para compensar la fricción con el aire y entre las piezas mecánica de manera que no se detenga. [29]
  • En la ciudad de Santiago (33º Sur) se encuentran dos.

En 1970, se instaló un péndulo en el Museo de Historia Natural. Tiene un cable de suspensión de 12 m de altura y una masa de 45 kg.

El Segundo pertenece a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Está emplazado en el hall central de la Biblioteca Central. Contó con la asesoría de Miguel Cabrerizo. Fue inaugurado el 3 de noviembre de 2017. Es una bola de acero de 30 centímetros de diámetro rellena con plomo con un peso de 100 kilogramos, colgada desde la lucarna por un cable de acero de 18 metros. El plano de oscilación del péndulo gira aproximadamente 8 grados en cada hora, en sentido antihorario, y tarda poco más de 43 horas en completar la vuelta completa.[30]

Argentina

  • En la ciudad de Buenos Aires (Latitud: 34º Sur) hay dos péndulos, ambos en el contexto de la Universidad de Buenos Aires.
    • Ubicado en el pabellón II (destinado a la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales) de Ciudad Universitaria. El proyecto fue ejecutado por la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales e inaugurado en noviembre de 2004. Consiste en una esfera de fundición, una aleación de hierro y carbono, de 30 cm de diámetro que pesa 90 kg. Tiene una altura de casi 27 metros y un periodo de oscilación de un poco más de 10 segundos. La ley física predice que el plano de oscilación debe rotar en forma contraria a las agujas del reloj a razón de 8,5 grados/hora. Chequeado en varias oportunidades, la ley se cumple con un error menor al 10%, el error estándar que tienen los péndulos más famosos. El péndulo se detiene a las 6 o 7 horas de haber sido puesto en funcionamiento ya que, a la fecha de su inauguración, no tiene ningún dispositivo de recuperación de energía. [31][32][33]
    • Ubicado en el Museo de Ciencia y Técnica, en la sede de la Facultad de Ingeniería de la avenida Las Heras.[34]
  • Ciudad de La Plata (Latitud 34º Sur), ubicado en el Teatro Argentino, instalado en el año 2011, es uno de los más grandes instalados en Sudamérica y el único que luce dentro de un teatro lírico. Fue diseñado y construido por la Facultad de Ciencias Astronómicas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP). Se trata de una esfera de bronce que pendula suspendida desde el techo hasta el foyer del teatro, lo que permite que cualquiera que se se pare a observarla, evidencie la rotación del planeta. Tiene casi 18 metros de longitud, la esfera es de aproximadamente 40 cm de diámetro y más de 200 kilos de masa. El disco donde están las cuchillas es de 120 mm de diámetro y la altura de todo el conjunto de suspensión tiene menos de 200 mm.[35][36]
  • Ciudad de Córdoba (latitud 31° Sur) en el centro de interpretación científica Plaza Cielo y Tierra en el Parque las Tejas. El centro de interpretación, inaugurado en septiembre de 2017, es una iniciativa de la Universidad Nacional de Córdoba y el Gobierno de la Provincia.[37][38]​ El péndulo tiene 12 metros de altura[39]

Modelos del péndulo de Foucault

Modelo del péndulo de Foucault 1.
Modelo del péndulo de Foucault 2.
Modelo del péndulo de Foucault 3.

Véase también

Referencias

  1. Paris en images. . Archivado desde el original el 21 de agosto de 2014. Consultado el 3 de enero de 2016. 
  2. Kissell, Joe (8 de noviembre de 2004). «Foucault’s Pendulum: Low-tech proof of Earth’s rotation». Interesting thing of the day. Consultado el 21 de marzo de 2012. 
  3. Boris Thiolay (28 de abril de 2010). «Le pendule de Foucault perd la boule». L'Express (en francés). 
  4. «Foucault's pendulum is sent crashing to Earth». Times Higher Education. 13 de mayo de 2010. Consultado el 21 de marzo de 2012. 
  5. «Paris, Foucault pendulum back to its place». ANSAmed (en inglés). 18 de septiembre de 2017. Consultado el 18 de junio de 2018. 
  6. [Monkhouse, F. J. Diccionario de términos geográficos. Barcelona: Oikos-Tau Ediciones, 1978.]
  7. «Foucault Pendulum». Smithsonian Encyclopedia. Consultado el 2 de septiembre de 2013. 
  8. J. J. Sakurai (1993). Modern Quantum Mechanics. pp. 479-480. ISBN 978-0201539295. 
  9. Jens von Bergmann and HsingChi von Bergmann (2007). «Foucault pendulum through basic geometry». Am. J. Phys. 75: 888-892. doi:10.1119/1.2757623. 
  10. Jessica Allen (22 de mayo de 2015). «Dentro de las United Nations». New York City Official Guide. Consultado el 1 de diciembre de 2019. 
  11. Kittel, Charles; Knight, Walter D.; Ruderman, Malvin A. (1999). Mecánica - Berkley physics course 1 (2 edición). Barcelona: Reverté S.A. p. 120. ISBN 84-291-4282-7. Consultado el 1 de diciembre de 2019. 
  12. MIZSER Attila: Leng az inga, Meteor, 2015/7–8, página 49. (en húngaro)
  13. KUNC Adolf: Ingakísérlet, en Magyar orvosok és természetvizsgálók 1880. aug. 21-től aug. 27-ig Szombathelyen tartott XXI. nagygyűlésének történeti vázlata és munkálatai, Budapest, Magyar Királyi Egyetem, 1882, páginas 76–79. (en húngaro)
  14. El Universal. Cultura (16 de diciembre de 2004). «Péndulo de Foucault en Querétaro: muestra la rotación terrestre». Consultado el 24 de febrero de 2016. 
  15. NTX/JRR/MTG (16 de diciembre de 2016). «Politécnico inaugura Muro de Honor y Péndulo de Foucault». Terra. Consultado el 20 de diciembre de 2016. 
  16. Noroeste Sinaloa. Cultura. «Ilustrarán sobre el péndulo de Foucault». 
  17. Museos Científicos Coruñeses (Ayuntamiento de A Coruña) (2015). «Casaciencias». Consultado el 24 de febrero de 2016. 
  18. Marc Boada Ferrer (Diciembre de 2004). «El péndulo de Foucault (O cómo observar, indirectamente, la rotación de la Tierra.)». Investigación y Ciencia (n° 339). Consultado el 29 de mayo de 2016. 
  19. Serrano, Sebastián (7 de octubre de 1989). «Nuestros péndulos de Foucault». El País. Consultado el 10 de diciembre de 2017. 
  20. «20 años de historia y un péndulo». El Diario Montañés. Consultado el 24 de febrero de 2016. 
  21. La Gaceta de Salamanca (24 de octubre de 2012). . Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2016. Consultado el 9 de diciembre de 2016. 
  22. Museo de la Ciencia de Valladolid. . Archivado desde el original el 2 de febrero de 2017. Consultado el 21 de enero de 2017. 
  23. Diputación de Palencia. «San Pedro Cultural en Becerril de Campos». Consultado el 24 de enero de 2017. 
  24. José Manuel Casermeiro. «Ayuntamiento de Castellón - Ajuntamente de Castelló». Consultado el 30 de enero de 2017. 
  25. Juan Carlos Mejuto. «Facultad de Ciencias de Ourense - Universidad de Vigo». Consultado el 24 de mayo de 2022. 
  26. Olea, Sofía (24 de enero de 2018). «Así es el modelo más austral del mundo de un péndulo de Foucault, en la costanera de Valdivia». El Ciudadano (Chile). Consultado el 30 de noviembre de 2019. 
  27. «Foucault Pendulum of Valdivia». Atlas Obscura (en inglés). 
  28. «Centro de Estudios Científicos». 
  29. «Sansano construye el primer Péndulo de Foucault completamente chileno». Universidad Técnica Federico Santa María. Chile. 20 de abril de 2012. Consultado el 01-12-19. 
  30. Comunicaciones FCFM-U. de Chile (6 de noviembre de 2017). «Primera réplica del péndulo de Foucault de Santiago fue instalada en la U. de Chile». Universidad de Chile. Chile. Consultado el 01-12-19. 
  31. Cabrera, Ricardo (13 de noviembre de 2004). «El otro Foucault». Pagina/12 - Futuro (Buenos Aires). Consultado el 1 de diciembre de 2019. 
  32. Cabrera, Ricardo (6 de diciembre de 2004). «El Péndulo de Foucault de Exactas». Cable Semanal - Órgano de información comunitaria (Buenos Aires: Oficina de Prensa de la FCEyN (SEGBE).) (556): 1-2. Consultado el 1 de diciembre de 2019. 
  33. Ricardo Cabrera (oct-06). «Ficha técnica del pendulo de Foucault». Buenos Aires. 
  34. «Visitas guiadas del Museo de Ciencia y Técnica». Facultad de Ingeniería (Universidad de Buenos Aires). 
  35. «La UNLP lleva la astronomía al foyer del Teatro Argentino». El Día (La Plata). 21 de septiembre de 2011. p. https://www.eldia.com/. Consultado el 8 de enero de 2021. 
  36. «Boletín de noticias de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas Universidad Nacional de La Plata». 
  37. «¡A disfrutar de una nueva Noche de los Museos!». Plaza Cielo y Tierra. 26 de octubre de 2018. 
  38. «Video: Péndulo de Foucault». Pagina de Facebook de Plaza Cielo y Tierra. 18 de septiembre de 2018. 
  39. «Plaza Cielo Tierra. Una experiencia de otro mundo, sobre el nuestro». Ministerio de Educación de Córdoba. 23 de julio de 2018. 

Bibliografía

Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Péndulo de Foucault.
  • El péndulo de Foucault y el efecto Allais
  • Allais gravity and pendulum effects during solar eclipses explained
  • de la Universidad de Buenos Aires
  • El péndulo de Foucault
  •   Datos: Q178841
  •   Multimedia: Foucault pendulums

péndulo, foucault, para, novela, umberto, véase, péndulo, foucault, péndulo, foucault, péndulo, esférico, puede, oscilar, libremente, cualquier, plano, vertical, capaz, oscilar, durante, mucho, tiempo, horas, utiliza, para, demostrar, rotación, tierra, llama, . Para la novela de Umberto Eco vease El pendulo de Foucault Un pendulo de Foucault es un pendulo esferico que puede oscilar libremente en cualquier plano vertical y capaz de oscilar durante mucho tiempo horas Se utiliza para demostrar la rotacion de la Tierra Se llama asi en honor de su inventor Leon Foucault Animacion del Pendulo de Foucault oscilando en el hemisferio sur Indice 1 Experimento original de Foucault 2 Efectos fisico naturales del movimiento de rotacion terrestre 3 Descripcion y fundamento 3 1 Fase geometrica 4 Pendulos de Foucault relevantes 4 1 Estados Unidos 4 2 Hungria 4 3 Paises hispanohablantes 4 3 1 Mexico 4 3 2 Espana 4 3 3 Chile 4 3 4 Argentina 5 Modelos del pendulo de Foucault 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Bibliografia 9 Enlaces externosExperimento original de Foucault Editar source source source source source source source source source source source source source source El Pendulo de Foucault en el Panteon de Paris La primera exposicion publica del pendulo de Foucault tuvo lugar en febrero de 1851 en el meridiano del Observatorio de Paris Unas semanas mas tarde el fisico frances Leon Foucault hizo su demostracion mas famosa en el interior del Panteon de Paris cuando hizo suspender un pendulo de plomo de una masa de 28 kg una bala de canon recubierta de laton mediante un cable de 67 metros de largo que pendia justo debajo del centro de la cupula del Panteon El plano de oscilacion del pendulo giraba hacia la derecha 11 por hora haciendo un circulo completo en 32 7 horas El montaje original utilizado en 1851 en el Panteon fue trasladado en 1855 al Museo de Artes y Oficios de Paris Una segunda instalacion temporal se hizo en el Panteon en 1902 para el 50 aniversario del experimento original 1 Durante la reconstruccion del museo en la decada de 1990 el pendulo original se mostro temporalmente en el Panteon 1995 pero fue devuelto posteriormente al Museo de Artes y Oficios de Paris antes de su reapertura en 2000 2 El 6 de abril de 2010 el cable de suspension del pendulo se rompio causando danos irreparables en el pendulo y en el suelo de marmol del museo 3 4 Una copia exacta del pendulo original habia estado oscilando de forma permanente desde 1995 bajo la cupula del Panteon de Paris hasta 2014 cuando fue desmontado durante los trabajos de reparacion en el edificio En septiembre de 2017 el pendulo volvio a estar instalado y funcionando de nuevo 5 Efectos fisico naturales del movimiento de rotacion terrestre EditarEn lo que respecta al planeta Tierra el movimiento de rotacion terrestre da origen a una serie de efectos que quedan aclarados y definidos por la observacion del pendulo de Foucault instrumento que sirve para demostrar el movimiento de rotacion terrestre y las consecuencias fisicas de dicho movimiento Dichas consecuencias o efectos son los que sufren los objetos en movimiento y las grandes masas fluidas de la superficie terrestre atmosfera e hidrosfera en sus desplazamientos movimientos que tambien se pueden definir como respuestas aparentes inerciales tridimensionales y asimetricas del movimiento de rotacion terrestre Pendulo de Foucault en la Ciudad de Ciencias y las artes de Valencia Es un efecto aparente y no real No es el pendulo que se desvia hacia la derecha en sentido horario sino que es el suelo el que gira en sentido antihorario Por definicion el pendulo mantiene la direccion inicial de las oscilaciones sin desviarse hasta ir perdiendo fuerza y detenerse De manera que el movimiento del pendulo derribando todas las esferitas situadas en el circulo del pendulo a lo largo de 12 horas es una demostracion del efecto real del giro doble de dicho circulo en sentido antihorario doble giro durante las 24 horas Esto es lo que ocurre en el hemisferio norte mientras que en el hemisferio sur la superficie terrestre gira en sentido horario por lo que el desvio aparente del pendulo se efectuara en direccion opuesta en sentido antihorario Es un efecto inercial La enorme masa de la esfera inferior en comparacion a la altura desde el punto de sustentacion es la que explica por inercia que pueda estar oscilando durante horas manteniendo la direccion original Al respecto conviene aclarar que un iman o mas bien electroiman ubicado en la base del pendulo puede convertir en perpetuo el movimiento de oscilacion del pendulo Es un efecto tridimensional Esto es evidente todos los cuerpos que se mueven sobre la superficie terrestre tienen volumen y el movimiento de rotacion terrestre actuara de manera diferente segun sean las dimensiones tamano masa y densidad y por otra parte con la interaccion con otros cuerpos que tambien se mueven Por ejemplo todas las tormentas formadas por conveccion suelen formar nubes si la humedad atmosferica en ese lugar es suficiente y nubes de polvo en las areas donde la superficie terrestre esta muy seca A su vez esas nubes y ese polvo tienen un ciclo determinado las nubes cambian de forma y de tamano cuando suben debido al aire ascendente durante el proceso de conveccion La formacion y desarrollo de un tornado es un ejemplo de un proceso tridimensional de la meteorologia que no suele estar muy bien descrito Se ha dicho algunas veces de una columna de aire humedo que baja de una nube de gran tamano y al bajar va girando cada vez a mayor velocidad hasta que se pone en contacto con el suelo donde causa una gran destruccion aunque su radio de giro sea muy reducido Lo cierto es que un tornado se forma inicialmente por un descenso de aire frio y seco del borde superior de la nube y que baja hacia el frente de la misma girando en sentido horario pero sin verse porque se trata de un aire frio y seco hasta llegar al suelo a gran velocidad de rotacion En el suelo es donde forma un remolino en sentido horario como hemos dicho que levanta gran cantidad de polvo y escombros de objetos diversos arrojandolos a su alrededor Pero inmediatamente se forma un embudo en sentido antihorario formado con aire calido y humedo que comienza a ascender aumentando de tamano y radio de giro y por lo tanto disminuyendo su velocidad pero el formarse con aire calido que se enfria al ascender forma una nube embudo que no es sino la fase ya desarrollada del tornado como puede verse en el articulo respectivo Los vientos alisios en el ecuador la corriente ecuatorial las corrientes marinas frias y en mayor o menor grado todas las demas se originan como una respuesta inercial del movimiento de rotacion terrestre Lo mismo podemos decir de las corrientes de chorro jet stream los huracanes y muchos otros fenomenos Es un efecto asimetrico La asimetria de los rios es un ejemplo que se debe al efecto asimetrico del movimiento de rotacion de la Tierra Los rios son asimetricos en lo que respecta a su cauce su cuenca los espolones o diques naturales del cauce los afluentes y sus confluencias con el rio principal los depositos de aluviones o sedimentos la mayor o menor energia de su caudal o del transporte de sedimentos el poder erosivo la captura o intercepcion fluvial y la formacion de rios residuales a veces tambien denominados rios decapitados 6 Descripcion y fundamento Editar Esquema de un dispositivo para ilustrar el fundamento del pendulo de Foucault Pendulo de Foucault en el Polo Norte El pendulo oscila en un plano constante en el espacio mientras que la Tierra gira por debajo de el Animacion del pendulo de Foucault del Panteon de Paris 48 52 Norte con el ciclo de rotacion terrestre comprimido El trazo verde muestra el recorrido alabeado del pendulo respecto al suelo el marco de referencia rotatorio El plano de oscilacion presenta una rotacion relativa a la Tierra Cuanto mas largo es el cable del pendulo mas evidente se hace el efecto Longitudes de entre 12 y 30 m son habituales 7 Movimiento de rotacion de la Tierra debajo del pendulo de Foucault Consideremos en primer lugar el dispositivo que mostramos en la figura Si hacemos girar la plataforma mientras el pendulo esta oscilando observaremos que el plano de las oscilaciones permanece inalterado con respecto a un observador inercial Este efecto se debe a la inercia de la masa pendular Puesto que las dos fuerzas que actuan sobre ella su peso y la tension del hilo estan contenidas en el plano de las oscilaciones estas una vez iniciadas tendran lugar siempre en un mismo plano Para cambiar el plano de las oscilaciones se requeriria un componente de fuerza normal a dicho plano Por el contrario resulta obvio que el plano de las oscilaciones no permanecera inalterado para un observador situado sobre la plataforma giratoria que sera evidentemente un observador no inercial para este observador el plano de las oscilaciones efectuara una precesion alrededor del eje vertical eje de rotacion en sentido contrario al de giro de la plataforma y con la misma celeridad angular de precesion Esta propiedad de la inalterabilidad del plano de las oscilaciones del pendulo fue utilizada por el fisico frances Bernard Leon Foucault 1819 68 para comprobar el movimiento de rotacion de la Tierra en torno a su eje y demostrar que la Tierra no constituye una referencial inercial Foucault realizo publicamente su experiencia en 1851 bajo la cupula del Panteon de Paris utilizando una masa de 28 kg suspendida de un hilo de 70 m de longitud El periodo de un pendulo de esa longitud es de unos 17 s La suspension del extremo superior del hilo permitia al pendulo oscilar con igual libertad en todas las direcciones Alrededor del punto del suelo que estaba directamente debajo del punto de suspension se dispuso una balsa circular llena de arena de unos 3 m de radio de modo que una aguja metalica colocada en la parte inferior de la masa pendular barria la arena en cada oscilacion Se vio con toda claridad que en oscilaciones sucesivas el plano de oscilacion del pendulo rotaba en el sentido de las agujas del reloj En una hora el plano de oscilacion del pendulo giraba unos 11 y la circunferencia se completaba en algo mas de 32 horas Por que gira el plano de oscilacion del pendulo Es facil comprender que si la experiencia se hubiera realizado en el Polo Norte resultaria evidente que el plano de oscilacion del pendulo permaneceria fijo en un referencial inercial mientras que la Tierra giraria bajo el pendulo a razon de una vuelta cada 24 horas Por el contrario un observador situado sobre la Tierra veria girar el plano de oscilacion del pendulo en sentido contrario al de la rotacion terrestre dando una vuelta cada 24 horas La situacion es muy diferente y mucho mas dificil de analizar cuando abandonamos el Polo Norte y nos situamos en un lugar de la Tierra de latitud geografica l Entonces como ya hemos visto al describir la experiencia de Foucault el tiempo empleado por el plano de oscilacion del pendulo para girar 360 es mayor del necesario en el Polo Cuando se realiza el experimento en la zona ecuatorial de la Tierra el pendulo se balancea sin cambiar el efecto no se produce Calculos cuidadosos permiten relacionar la velocidad angular W de rotacion del plano de las oscilaciones del pendulo con la velocidad angular w de rotacion de la Tierra 1 W w sin l displaystyle Omega omega sin lambda donde 90 l es el angulo formado por la vertical del lugar y el eje de rotacion de la Tierra La aceleracion gravitatoria aparente g tiene la direccion de la vertical del lugar y como g solo esta ligeramente desviada con respecto a g 0 6 como maximo el angulo l es muy aproximadamente igual a la latitud geografica del lugar esto es l l Obviamente el plano de oscilacion del pendulo precesa en el referencial del laboratorio con una velocidad angular W dada por la expresion 1 En el hemisferio Norte la precesion tiene lugar en el sentido horario mirando hacia abajo Podemos interpretar del modo siguiente el resultado expresado por 1 en un lugar de la Tierra de latitud l el suelo se comporta como una plataforma giratoria con una velocidad angular W wz w sen l dd componente vertical de la velocidad angular de la Tierra de modo que el movimiento de precesion del pendulo de Foucault es el que corresponde a esa velocidad angular De este modo el tiempo empleado por el plano de oscilacion del pendulo en dar una vuelta completa es 2 T 2 p w sin l 24 sin l horas displaystyle T frac 2 pi omega sin lambda frac 24 sin lambda text horas y el angulo girado en una hora 8 displaystyle theta es funcion de la latitud del lugar 3 8 15 o sin l displaystyle theta 15 o sin lambda La experiencia del pendulo de Foucault es una prueba efectiva de la rotacion de la Tierra Incluso si la Tierra estuviese y hubiese estado siempre cubierta de nubes la experiencia de Foucault permitiria demostrar que la Tierra esta girando Igualmente este pendulo permite determinar la latitud del lugar sin recurrir a observaciones astronomicas Transporte paralelo sobre la superficie de una esfera Fase geometrica Editar Vease tambien Fase geometrica Se ha reinterpretado el pendulo de Foucault como caso particular de la universalidad del concepto conocido como fase geometrica 8 que por otro lado se relaciona con el transporte paralelo que se ilustra en la figura y con el teorema de Gauss Bonnet 9 que relaciona la curvatura de una superficie con su caracteristica de Euler En este sentido es fundamental tener en cuenta que el periodo de rotacion de la Tierra es mucho mas largo que el periodo de oscilacion del pendulo En concreto el cambio de direccion de la fuerza de la gravedad que experimenta el pendulo en el sistema de referencia de la Tierra es lo bastante lento como para satisfacer el teorema adiabatico 8 de forma que no hay un intercambio efectivo de energia entre las dos oscilaciones Pendulos de Foucault relevantes EditarVease tambien Listado de pendulos de Foucault en el mundo Pendulo de Foucault en el Panteon de Paris Pendulo de Foucault en el Museo de Artes y Oficios de Paris detalle de las clavijas en el suelo El pendulo de Foucault en el Panteon de Paris Estados Unidos Editar En la ciudad de Nueva York latitud 40º Norte en la entrada del edificio de la Organizacion de las Naciones Unidas Fue inaugurado en 1955 10 Tiene una esfera dorada de unos 90 kg suspendida del techo a unos 22 5 m del suelo por un alambre de acero inoxidable de modo que puede oscilar en cualquier plano El plano de oscilacion se desvia continuamente en el sentido de las agujas del reloj de manera que completa una vuelta en 36 horas 45 minutos 11 Hungria Editar Hungria tiene mas de 30 pendulo de Foucault 12 El primer pendulo de este tipo fue fabricado en 1880 por Adolf Kunc en Szombathely 13 Paises hispanohablantes Editar Mexico Editar El Centro Educativo y Cultural Manuel Gomez Morin en Santiago de Queretaro en Queretaro Mexico tiene un pendulo de Foucault 14 de 28 m de longitud total con una masa de bronce de 64 cm de diametro y un peso de 280 kg suspendida de un cable de acero Su periodo es de 9 3 segundos realizando una vuelta de 360 grados cada 66 79 horas o 5 38 grados hora En la Biblioteca Nacional de Ciencia y Tecnologia Victor Bravo Ahuja del Instituto Politecnico Nacional de Zacatenco Mexico se coloco en diciembre de 2016 15 El Centro de Ciencias de Sinaloa cuenta con un pendulo ubicado en la entrada principal suspendido con un cable de 17 metros desde una cupula La esfera pesa 400 kilogramos y su periodo de oscilacion es de aproximadamente 8 3 segundos y se mantiene en movimiento por un mecanismo magnetico que compensa la perdida de energia por friccion Este pendulo se encuentra en la entrada del museo y cuenta con barras de cobre que la esfera derriba para observar mejor el movimiento de dicho pendulo La Escuela Militar de Ingenieros terminada e inaugurada por el presidente Enrique Pena Nieto el 6 de julio de 2018 cuenta con un Pendulo de Foucault en el Edificio academico 16 Video externo Pendulo de Foucault en el Museo de la Ciencia de Valladolid Atencion este archivo esta alojado en un sitio externo fuera del control de la Fundacion Wikimedia source source source source source source source source source source source source source source Pendulo de Foucault en Bekescsaba Hungria Espana Editar El Museo de la Ciencia en la Coruna tiene uno de los pendulos de Foucault mas antiguos de Espana de cinco pisos de altura 17 En Madrid el Real Observatorio Astronomico situado junto al parque del Buen Retiro posee un pendulo de Foucault cita requerida En Barcelona en el CosmoCaixa Barcelona en su vestibulo de acceso 18 Fue el primero que se instalo en Espana en 1980 19 En Santander existe un pendulo de Foucault en el vestibulo principal del edificio de la empresa CIC 20 en el Parque Cientifico y Tecnologico de Cantabria PCTCAN Tiene una longitud de 17 metros y 120 kilogramos de masa en la esfera En Huelva existe un pendulo de Foucault en el edificio Galileo Galilei de la Universidad de Huelva En Granada existen tres ejemplares de estos pendulos Uno en la Escuela Tecnica Superior de Ingenieria de Caminos Canales y Puertos de la Universidad de Granada otro en la Facultad de Ciencias en el edificio de fisica de la Universidad de Granada y otro en el Parque de las Ciencias de Granada En Valencia en el Museo de las Ciencias Principe Felipe de la Ciudad de las Artes y las Ciencias existe otro pendulo de Foucault expuesto al publico En Salamanca en el Edificio Trilingue de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Salamanca donde se imparten las clases del Grado en Fisica 21 En Valladolid en el Museo de la Ciencia donde esta suspendido de un cable de 11 metros de longitud y formado por una esfera de 80 kilogramos de peso 22 En Becerril de Campos en San Pedro Cultural se exhibe un pendulo de Foucault junto a otros elementos para el estudio de la astronomia 23 En Castellon en el vestibulo de su Planetario 24 En Orense en el vestibulo de la Facultad de Ciencias 25 En Santiago de Compostela en el vestibulo de la Facultad de Fisica Chile Editar En la ciudad de Valdivia Ubicado a una latitud de casi 40 Sur fue el mas austral del mundo hasta el ano 2012 Esta situado en la avenida costanera Arturo Prat frente al Centro de Estudios Cientificos CECs a quien pertenece Forma parte del paseo de la llamado Costanera cientifica a orillas del rio Valdivia Fue creado por el fisico espanol Miguel Cabrerizo en 2007 Consiste de una esfera de plomo cromada de 100 kg de peso colgando de un alambre de acero de 13 metros de largo soportado por una estructura de acero rematada por la lampara de un viejo faro del siglo XIX hoy en desuso El pendulo tiene un periodo de oscilacion de 7 segundos Su giro aparente es de 10 en cada hora completando una rotacion cada 36 horas Ademas este giro tiene sentido antihorario al reves que los ubicado en el hemisferio norte 26 27 28 En la ciudad de Puerto Montt Latitud 41 30 S Esta ubicado en las nuevas dependencias del Colegio San Francisco Javier Su fabricacion estuvo a cargo del ingeniero Gonzalo Arroyo de la Universidad Tecnica Federico Santa Maria Se trata de una esfera cromada de 115 kilos una longitud de 19 5 metros con un periodo de oscilacion de 8 7 segundos Su diseno incluye un dispositivo para compensar la friccion con el aire y entre las piezas mecanica de manera que no se detenga 29 En la ciudad de Santiago 33º Sur se encuentran dos En 1970 se instalo un pendulo en el Museo de Historia Natural Tiene un cable de suspension de 12 m de altura y una masa de 45 kg El Segundo pertenece a la Facultad de Ciencias Fisicas y Matematicas de la Universidad de Chile Esta emplazado en el hall central de la Biblioteca Central Conto con la asesoria de Miguel Cabrerizo Fue inaugurado el 3 de noviembre de 2017 Es una bola de acero de 30 centimetros de diametro rellena con plomo con un peso de 100 kilogramos colgada desde la lucarna por un cable de acero de 18 metros El plano de oscilacion del pendulo gira aproximadamente 8 grados en cada hora en sentido antihorario y tarda poco mas de 43 horas en completar la vuelta completa 30 Argentina Editar En la ciudad de Buenos Aires Latitud 34º Sur hay dos pendulos ambos en el contexto de la Universidad de Buenos Aires Ubicado en el pabellon II destinado a la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de Ciudad Universitaria El proyecto fue ejecutado por la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales e inaugurado en noviembre de 2004 Consiste en una esfera de fundicion una aleacion de hierro y carbono de 30 cm de diametro que pesa 90 kg Tiene una altura de casi 27 metros y un periodo de oscilacion de un poco mas de 10 segundos La ley fisica predice que el plano de oscilacion debe rotar en forma contraria a las agujas del reloj a razon de 8 5 grados hora Chequeado en varias oportunidades la ley se cumple con un error menor al 10 el error estandar que tienen los pendulos mas famosos El pendulo se detiene a las 6 o 7 horas de haber sido puesto en funcionamiento ya que a la fecha de su inauguracion no tiene ningun dispositivo de recuperacion de energia 31 32 33 Ubicado en el Museo de Ciencia y Tecnica en la sede de la Facultad de Ingenieria de la avenida Las Heras 34 Ciudad de La Plata Latitud 34º Sur ubicado en el Teatro Argentino instalado en el ano 2011 es uno de los mas grandes instalados en Sudamerica y el unico que luce dentro de un teatro lirico Fue disenado y construido por la Facultad de Ciencias Astronomicas de la Universidad Nacional de La Plata UNLP Se trata de una esfera de bronce que pendula suspendida desde el techo hasta el foyer del teatro lo que permite que cualquiera que se se pare a observarla evidencie la rotacion del planeta Tiene casi 18 metros de longitud la esfera es de aproximadamente 40 cm de diametro y mas de 200 kilos de masa El disco donde estan las cuchillas es de 120 mm de diametro y la altura de todo el conjunto de suspension tiene menos de 200 mm 35 36 Ciudad de Cordoba latitud 31 Sur en el centro de interpretacion cientifica Plaza Cielo y Tierra en el Parque las Tejas El centro de interpretacion inaugurado en septiembre de 2017 es una iniciativa de la Universidad Nacional de Cordoba y el Gobierno de la Provincia 37 38 El pendulo tiene 12 metros de altura 39 Modelos del pendulo de Foucault Editar source source source source source source source source source source source source source source Modelo del pendulo de Foucault 1 source source source source source source source source source source source source source source Modelo del pendulo de Foucault 2 source source source source source source source source source source source source source source Modelo del pendulo de Foucault 3 Vease tambien EditarDoble pendulo Efecto Coriolis Efecto Eotvos Efecto Allais Metronomo Pendulo Pendulo cicloidal Pendulo conico Pendulo de Newton Pendulo de Pohl Pendulo de torsion Pendulo esferico Pendulo fisico Pendulo simple Pendulo simple equivalente SismografoReferencias Editar Paris en images The Pendulum of Foucault of the Pantheon Ceremony of inauguration by M Chaumie minister of the state education burnt the wire of balancing to start the Pendulum 1902 Archivado desde el original el 21 de agosto de 2014 Consultado el 3 de enero de 2016 Kissell Joe 8 de 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