Il pendolo di Foucault si trova nella sala biblioteca della sede universitaria villa Mondragone, in Frascati. Il pendolo è stato realizzato su iniziativa del prof. Gianfranco Chiarotti e progetto del dott. Giovanni Casini dal dipartimento di Fisica. Il pendolo è stato inaugurato il 10 aprile 2010 e poi dotato di diversi miglioramenti tecnici ed estetici e infine corredato di una serie di pannelli che ne fanno una vera e propria esposizione museale. Per chi vuole sapere cos'è un pendolo di Foucault c'è una pagina dedicata, di seguito descriviamo l'installazione di Villa Mondragone. E' disponibile una presentazione Il pendolo di Foucault mag23
Il pendolo ha una lunghezza di circa 10 metri e un’ampiezza di oscillazione di circa 40 centimetri. Il piano del pendolo compie una semi rotazione in circa 17 ore e 58 minuti, corrispondenti a 10 gradi l´ora, come ci si aspetta per la latitudine locale (41° 48’ 32’’ Nord).
Per facilitare l’osservazione della precessione del piano del pendolo è presente una serie di LED che si accendono progressivamente al passaggio del pendolo. Fra l’accensione di un LED e del successivo intercorre un tempo di circa 3 minuti, corrispondente a una rotazione del piano del pendolo di mezzo grado.
Un computer connesso al sistema di rilevamento della posizione memorizza e analizza i dati del pendolo da quando è stato installato.
Parti principali del pendolo:
Sistema di mantenimento del moto
Il pendolo è tenuto in movimento da un elettromagnete perfettamente centrato sotto il punto di sospensione. L’elettromagnete attira il pendolo mentre torna verso il centro, senza imprimere nessun impulso laterale. L’accensione dell’elettromagnete è segnalata dai led verdi.
Rivelatore della posizione
Sotto ciascuna fenditura (1) dell’anello interno sono disposti un led infrarosso e un fotosensore (2), mentre sotto il pendolo è montato un piccolo specchio sferico concavo (3).
Quando il pendolo oscilla perfettamente allineato su una fenditura lo specchio riflette la radiazione infrarossa sul fotosensore. Un circuito elettronico accende il led corrispondente (4) sul bordo più esterno e comunica il dato al computer.
L’anello di Charron
Il pendolo di Foucault è un pendolo sferico e grazie anche agli inevitabili disturbi (l'aria della stanza gira con la Terra) la traiettoria inizialmente in un piano tende a ellittizzare con l'aumentare delle oscillazioni. La traiettoria esatta è una ellisse non chiusa dotata di una precessione intrinseca proporzionale all'area stessa dell'ellisse.
Questa precessione intrinseca può facilmente sovrastare il piccolo effetto di rotazione del piano di oscillazione che si vuole osservare, pertanto tutti i pendoli a funzionamento continuo sono dotati di un sistema per contenere l'ellittizzazione, il più comune dei quali è l'anello di Charron.
Nella nostra relizzazione l'anello è stato posto a circa un metro dal punto di sospensione ed ha un diametro tale di dividere circa a metà l'ampiezza di oscillazione. Ad ogni inversione del moto il filo si appoggia delicatamente all'anello, smorzando il moto trasversale e quindi l'elletticità senza alterare la precessione del piano del pendolo.
Il rivelatore veloce della precessione
L'osservazione della precessione del piano di oscillazione del pendolo, anche con un rivelatore della posizione ogni mezzo grado, richiede qualche minuto. Per rendere immediata la visualizzaizone della precessione abbiamo relaizzato per questo pendolo un sistema a leva ottica che amplifica il moto rendendolo immediatamente osservabile.
Il dispositivo è costituito da una lampada led a luce verde e da una lente in posizione diametralmente opposta,
monati su un anello (quello nero in foto) che circonda la base del pendolo e può essere fatto ruotare dai visitatori in modo da disporre lmpada e lente nel piano di oscillazione del pendolo. Nell’attimo in cui il filo del pendolo si trova in prossimità del fuoco della lente, come nella foto accanto, la lente proietta l’ombra del filo sullo schermo posto a una distanza pari a ventiquattro volte la lunghezza focale della lente.
Il sistema ottico quindi ingrandisce l’immagine del filo e i suoi spostamenti di ventiquattro volte, rendendo apprezzabile la precessione del pendolo già dopo una singola oscillazione, come illutrato nella sequenza di foto di quattro oscillazioni in sequenza. Il moto appare nella direzione opposta a quella reale a causa dell'inversione dell'immagine operata dalla lente.
Video del pendolo di Villa Modragone
Di seguito i link per scaricare i pannelli esplicativi a corredo dell'exhibit di vialla Mondragone