La rotazione terrestre e il moto dei corpi

di Claudio CigognettiLezioni d'Autore

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Pendolo di Foucault (Superquark Rai)(dal minuto 37 a 41 circa del filmato)

● Dal punto di vista tolemaico-aristotelico l’oggetto in caduta, privo di velocità iniziale, su una Terra rotante doveva rimanere indietro rispetto alla verticale mostrando una deviazione verso ovest.

Galileo la rotazione terrestre e la caduta dei gravi (I)

● Galileo nella discussione tra tolemaici-aristotelici e copernicani-galileiani contenuta nel 'Dialogo...' si affida a un esperimento ideale per dimostrare l'influenza della rotazione terrestre sul moto di caduta dei gravi.

● Per l'argomentare copernico-galileiano i movimenti circolari di oggetti legati alla Terra dovevano essere mantenuti. Anzi a una distanza maggiore del suo centro rispetto alla superficie terrestre la velocità iniziale verso est del grave in caduta doveva essere più alta di quella della Terra stessa.

● Il punto di caduta avrebbe mostrato una deviazione verso est rispetto alla verticale.

Galileo la rotazione terrestre e la caduta dei gravi (II)

● Vincenzo Viviani, allievo di Galileo, sulle orme del maestro, studiò a fondo il funzionamento del pendolo...

Il pendolo di Galileo (I)

● ... e contribuì sicuramente alla spiegazione del suo uso come strumento di misura del tempo.

Il pendolo di Galileo (II)

● Nei Saggi di Naturali Esperienze curati da Lorenzo Malagotti nel 1667 era spiegato il motivo per cui “si pensò d’appendere la palla a un filo doppio, i quali fussero legati ciascuno da per sé lontani per breve spazio ad un braccetto di metallo, come dimostra la settima figura” “perché l’ordinario pendolo a un sol filo in quella sua libertà di vagare (qualunque se ne sia la cagione) insensibilmente va traviando dalla sua prima gita...

Il pendolo di Galileo (III)

● Il riferimento ante litteram delle rotazioni orarie del piano di oscillazione del pendolo di Viviani, non era considerato dallo scienziato seicentesco un problema da affrontare, quale ne sia la cagione, ma solo una curiosità.

● Eliminata l’anomalia (con il doppio filo) finalmente il pendolo diveniva uno strumento di misura.

● Solo due secoli più tardi Foucault evidenziò lo strano comportamento del pendolo facendolo diventare la principale prova fisica della rotazione terrestre.

Il pendolo di Galileo (IV)

● Giovanni Battista Guglielmini nel 1791 fu il primo sperimentatore che tentò misure di precisione sulle deviazioni verso est e verso sud di un grave in caduta libera da una torre.● Nella Torre degli Asinelli, facendo cadere sfere da un’altezza di 78 metri, dopo un anno di esperimenti lo scienziato raccolse i suoi risultati ottenendo una deviazione media di 1,77 cm verso est e 1,12 cm verso sud.

Le prime verifiche quantitative della rotazione terrestre (I)

● In Germania Johann Friedrich Benzenberg nel 1802 ripeté lo stesso esperimento facendo cadere degli oggetti dal campanile della chiesa di St. Michael ad Amburgo ottenendo misure simili a quelle del Guglielmini.

Le prime verifiche quantitative della rotazione terrestre (II)

● Léon Foucault nel 1851 preparò un’esibizione con un pendolo lungo circa 67 metri e un peso perfettamente simmetrico con al centro una punta, retto da un filo metallico che terminava su un dispositivo capace di far ruotare il pendolo senza torsioni.

Il pendolo di Foucault (I)

● Il peso in ottone di circa 28 kg venne rilasciato dolcemente bruciando un apposita corda e iniziò la sua oscillazione nel piano del meridiano. Per osservare il lento movimento delle rotazioni del piano delle oscillazioni fu disposta alla base del pendolo della sabbia bagnata.

● La punta lentamente mostrava una rotazione oraria, tipica del nostro emisfero, che impiegava circa 32 ore per ritornare alla posizione di partenza.

Il pendolo di Foucault (II)

● La spiegazione intuitiva del fenomeno proposta da Foucault poteva essere applicata solo ai poli dove il periodo è prossimo alle 24 ore e all’equatore dove l’effetto non era osservabile.

● Si fa l'ipotesi che il piano di oscillazione osservato da un riferimento posto nella sfera celeste non subisca variazioni.

Il pendolo di Foucault (III)

● Di conseguenza al polo nord la rotazione oraria del piano del pendolo misurata dal sistema di riferimento solidale alla Terra corrisponde alla rotazione antioraria giornaliera della Terra stessa.

● All’equatore invece i due osservatori, uno posto nel riferimento terrestre e uno in quello celeste, sono concordi nell’invarianza del piano di oscillazione.

Il pendolo di Foucault (V)

FINE