Experimento 12 - Pêndulo de Foucault

EXPERIMENTO 12 - LABAP: PÊNDULO DE FOUCAULT, ROTAÇÃO DA TERRA, LATITUDE, PERÍODO, OSCILAÇÕES AMORTECIDAS, CURVA DE LISSAJOUS / FÍSICA II.

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CONCEITOS RELEVANTES: PÊNDULO DE FOUCAULT.

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Um pêndulo de Foucault, assim chamado em referência ao físico francês Jean Bernard Léon Foucault, é uma experiência concebida para demonstrar a rotação da Terra em relação a um referencial, bem como a existência da força de Coriolis. A primeira demonstração data de 1851, quando um pêndulo de 30kg foi fixado ao teto do Panthéon de Paris por um fio de 67 metros de comprimento. Durante o movimento areia ia se escorrendo da esfera, com a intenção de marcar no chão a trajetória do pêndulo, o rastro deixado pela areia não se sobrepunha um ao outro, mas sim existia um espaçamento entre um e outro a cada período do pêndulo completado. A originalidade do pêndulo reside no fato de ter liberdade de oscilação em qualquer direção, ou seja, o plano pendular não é fixo. A rotação do plano pendular é devida à rotação da Terra. A velocidade e a direção de rotação do plano pendular permitem igualmente determinar a latitude do local da experiência sem nenhuma observação astronômica exterior.

Se considerar um ponto centrado ao nível do ponto de fixação do pêndulo, o pêndulo oscila sempre no mesmo plano (em relação a esse ponto); no entanto, a Terra gira em torno dele (o que é previsto pelas leis de Newton, e intuitivo se nos imaginarmos em um pólo). Em um referencial mais habitual, o da Terra, é então o pêndulo que vai sofrer uma rotação.

Seu período de rotação do plano pendular é inversamente proporcional ao seno da latitude do local. O tempo para uma rotação completa do plano de oscilação, considerando uma latitude λ, é dado por T(λ) = 24/sen. λ, onde o tempo aqui é dado em horas. Os únicos lugares em que o tempo de rotação completa do plano de oscilação do pêndulo de Foucault é igual a 24 horas são nos polos norte e sul, onde temos λ = 90 graus. O movimento do pêndulo de Foucault ocorre no sentido horário no hemisfério norte e no sentido anti-horário no hemisfério sul. No final de seu período o pêndulo irá formar na base de areia uma curva denominada de curva de Lissajous incomensurável, não períodica, (experimento 11 nessa página) já que trata se de uma oscilação perpendicular ao plano de vibração do pêndulo.

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Direitos autorais: Prof. João Paulo (vice coordenador do LABAP) - Física.