Foucault-Pendel

Das Kirchhoff Institut HD begrüßt Sie ganz herzlich auf den Seiten unseres Foucaultschen Pendels. Wir hoffen, alle Ihre Fragen in unserem Internetauftritt beantworten zu können. Das im ersten Stockwerk des Kirchhoff-Instituts für Physik schwingende Pendel demonstriert die Erddrehung. Dabei sind keine Bezugspunkte im Weltall wie z. B. die Sonne nötig. Die Erddrehung zeigt sich durch die Drehung der Pendelebene im Institutsgebäude. Durch diese Drehung werden die aufgestellten Kippstifte nach und nach umgeworfen, womit der Foucault-Effekt deutlich sichtbar wird.

Viel Spaß bei den folgenden Seiten!

Der Foucaultsche Pendeleffekt

Im ersten Stock des Kirchhoff - Instituts für Physik schwingt eine goldfarbene Kugel an einem 11 m langen Seil gravitätisch vor und zurück - ein ganz normales Pendel, mit einer Periode bzw. Schwingungsdauer von 6.7 Sekunden. Unter dem Pendel sieht man so etwas wie eine Windrose, an deren Peripherie 48 Stifte
angebracht sind.

Wenn Sie, verehrte Besucherin, verehrter Besucher, nicht ausgerechnet wenige Minuten nach 12 Uhr mittags das Pendel betrachten, dann sehen Sie, daß etliche der Stifte umgefallen sind. Und wenn Sie einige Minuten lang vor dem Pendel verweilen, dann können Sie Zeuge werden, wie das Pendel sich - sozusagen heimlich - von der Seite her einem Stift nähert und ihn umwirft. Damit haben Sie das Pendel als ein “Foucaultsches” entlarvt. Denn offenbar dreht sich die Pendelebene ganz langsam, und der Dorn unter der Pendelkugel wirft peu à peu alle Stifte um - alle 40 Minuten einen. Um alle Stifte umzuwerfen braucht das Pendel etwas mehr als 31 Stunden.

Wie kommt dieser Effekt zustande?

Nun, das Pendelseil ist völlig frei an der Decke befestigt, und das Pendel weiß überhaupt nicht, daß die Erde sich dreht. Das wird sofort klar, wenn wir - in Gedanken - das Pendel an den Nordpol bringen, einen hellen Stern am Horizont ins Auge fassen und das Pendel in diese Richtung schwingen lassen. Das Pendel wird dann, “träge” (Newton!) wie es ist, für immer und ewig in dieser Richtung schwingen - von Reibung und solchen Kleinigkeiten sehen wir ab. Die Erde aber folgt ihren eigenen Gesetzen und dreht sich unter dem Pendel weg, und zwar von Westen nach Osten. Für einen Beobachter auf der Erde, der das Pendel betrachtet, sieht es aber so aus, als drehe sich seine Schwingungsebene gen Westen - das ist das Geheimnis. Folglich dreht sich am Nordpol die Pendelebene in 24 Stunden um 360°, und dort würde alle 30 Minuten ein Stift umfallen. (Übrigens, für den Südpol gilt fast dasselbe, nur würde sich dort das Pendel gen Osten drehen.) Nun liegt Heidelberg glücklicherweise nicht am Nordpol, sondern bei 49.4° nördlicher Breite - der Winkel wird vom Äquator aus gemessen. Dieser Winkel (genauer: sein Sinus, was immer das ist) geht in die Formel für die Zeit ein, die das Pendel für eine volle Umdrehung braucht, und das sind 31.6 Stunden. In 24 Stunden dreht sich die Pendelebene um 273°. Und wenn wir das Pendel am Äquator schwingen ließen, würde es sich gar nicht drehen.

Das ist die Kurzfassung. Wenn man die goldene Kugel am Ende des Pendelseils mit Zucker füllen und diesen langsam herausrieseln ließe, dann würde der Zucker eine wunderschöne Rosette auf den Fußboden zeichnen. Warum das so ist, erfahren Sie, wenn Sie sich auf die beiden weiteren und ausführlicheren Texte einlassen.

Ach ja, “High Noon”: Um zwölf Uhr Mittags werden die Stifte auf der Windrose von einem geheimen Mechanismus wieder aufgerichtet.

 
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