Bei meinem Besuch im neuen Heidelberger Zentrum für Quantendynamik habe ich auch das Foucaultsche Pendel gesehen. Nein, nicht das Buch von Umberto Eco (das übrigens jeder mal gelesen haben sollte – es ist quasi das Standardwerk über Verschwörungstheorien und den Esoterikwahn und außerdem noch extrem spannend. Lest es, alle!). Und genaugenommen war es auch nicht DAS Foucaultsche Pendel (das steht in Paris) sondern eines der vielen anderen, die überall auf der Welt zu finden sind.
Dieses Pendel ist ein berühmter physikalischer Versuch, den der Physiker Jean Bernard Léon Foucault 1851 in Paris durchgeführt hat. Damit konnte er sehr beeindruckend und anschaulich demonstrieren, dass sich die Erde um ihre Achse dreht.
Foucault hatte bemerkt, dass sich die Ebene, in der das Pendel schwingt, im Laufe der Zeit änderte. Eine äußere Kraft die auf das Pendel wirkt konnte er ausschließen – was blieb also übrig, um diese Drehung des Pendels zu erklären? Gar nichts – denn nicht das Pendel dreht sich, sondern der Boden darunter! Und der dreht sich, weil sich die Erde in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht!
Man sieht das in dieser Animation recht schön. So würde es aussehen, blickt man von einem Beobachtungspunkt im Weltall auf das Pendel. Die Erde dreht sich und mit ihre der Beobachter – aber das Pendel selbst schwingt frei:
Wir auf der Erde sehen das aber ganz anders; für uns sieht es so aus, als würde sich die Pendelebene drehen:
Die Animationen hier zeigen die Situation die genau an den Polen der Erde herrschen würde. Anderswo auf der Erde ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Pendelebene dreht langsamer und ganz allgemein ist die Bahn die das Pendel beschreibt etwas komplizierter als in der Animation gezeigt; in der Realität erhält man eine Rosettenbahn die im allerersten Bild in diesem Artikel gezeigt wird.
Genau das demonstrierte Foucault auch sehr publikumswirksam im Pariser Panthéon, mit einem 67 Meter langen Pendel, dessen Spitze eine Spur im Sand am Boden zeichnete. Heute stellt man meistens kleine Dinger im Kreis um das Pendel auf, die dann im Laufe der Zeit umgestoßen werden. So war es auch beim Pendel, dass im Kirchhoff-Institut für Physik in Heidelberg hängt:
Natürlich ist es nicht ganz so lang wie das Paris Pendel – aber trotzdem sehr beeindruckend:
Pendel dieser Art hängen überall in der Welt in vielen Museen und Universitäten – schaut mal nach, ob ihr eins zu sehen kriegt! Und falls nicht, könnt ihr dem in Heidelberg zumindest via Webcam zusehen.
Sehr anschauliche Animationen, Danke!
Ich finde das Pendel im Deutschen Museum in München immer wieder sehr beeindruckend.
Das ist 60m lang und schwingt sehr langsam – das hat fast schon was meditatives. Nur schade dass da keine Bank zum hinsitzen da ist.
Ich liebe ja auch Veranschaulichungen, aber vielleicht sollte man die Dinge nicht einfacher machen als sie sind, oder wenigstens auf das kleine Problem hinweisen, dass die Animation nur an den Polen die Realität wiedergibt. „Make everything as simple as possible, but not simpler.“
… dies meinte ich als ich sagte, dass mir ihr blog gefiele!! Danke ebenfalls! Diesen Versuch haben wir einst an der TU Berlin im Treppenhaus aufgebaut – ich war jedoch nicht direkt beteiligt, kann mich besser an den Foucaultschen Drehspiegelversuch zur Messung der Lichtgeschwindigkeit erinnern und werde diesen auch in Erinnerung behalten. Besonders die Wanderung des Lichtflecks bei Erhöhung der Drehzahl des Spiegels.
Kompliziert wird die obige Überlegung, wenn man nicht auf dem Pol der Erde steht, sondern z.B. in Berlin – dies ist etwas für echte Profis 😉
HIer in Dresden hängt eines im MPI für chemische Physik fester Stoffe, auch im Foyer am Eingang.
@RG: Danke – ich hab das im Artikel nochmal angemerkt. Es ging mir ja erstmal nur darum, das Prinzip zu erklären und zu zeigen, warum sich das Pendel überhaupt dreht.
Heh – und ich hab schon auf eine Rezension vom Buch gehofft 😉
An der Uni Koblenz findet man auch eins (G-Gebäude) mit einer digitalen Anzeige. Angeblich das zweitgenauste in Deutschland.
https://unipedia.uni-koblenz.de/index.php?title=Pendel
Das lässt sich ebenfalls per Webcam bewundern:
https://www.uni-koblenz-landau.de/koblenz/fb3/ifin/physik
Ich hab’s mir noch nie durchüberlegt (und auch noch nie das Sitzfleisch gehabt, es durch Beobachtung zu lösen) und es ist sicher schneller, Euch zu fragen: Fahrt ein Foucault’sches Pendel, das nicht an den Polen steht, alle 360° (bzw. 180°) innerhalb von 24h ab?
In Bremen steht eins in der Eingangshalle des Naturwissenschaften 1 Gebäudes.
@soph
Selbst ohne Experte zu sein, kann ich mir vorstellen, dass das Pendel nach in etwa 24h wieder in seiner Ausgangsrichtung schwingen müsste. „Nach in etwa“ deswegen, weil die Erde in 24h ja auch einen Teil ihrer Jahresbahn zurücklegt. Ob man bei einer Rosette allerdings sagen kann, dass 360° überstrichen werden, ist fraglich – zumindest nicht stetig und kontinuierlich. Allerdings kann ich mir vorstellen, dass bis zur Rückkehr in die Ausgangskonfiguration eine geschlossene Linie beschrieben wird. Right?
…
@soph:
Ja, das Pendel braucht natürlich immer gleich lang, und zwar einen Sterntag. Das sind ca. 23h und 56min.
Der Einwand mit den Polen ist dennoch nicht schlecht, denn in der Nähe des Äquators sollte ein Foucault’sches Pendel nicht funktionieren, wie man sich unschwer denken kann, da ein Pendel dort, wenn es parallel zur Rotationsachse der Erden schwingen soll, parallel zur Oberfläche der Erde schwingen müsste. Zumindest mittels der Gravitationskraft ist das aber nicht machbar.
@soph: Nein, Richtung Äquator dreht sich die Schwingungsebene langsamer — die Winkelgeschwindigkeit fällt mit dem Sinus des Breitengrades ab. Deswegen hat auch noch niemand ein solches Pendel in Quito aufgebaut, das würde nämlich nichts tun.
@Soziobloge: Das Teil in Bremen kenne ich, es funktioniert leider nur so halb. Die Rotation ist nicht so gleichmäßig, wie man es gerne hätte. Zumindest war es das letzte Mal so, als ich dort war. Aber nicht weitersagen 😉
Heidelberg ist ja nicht übel, aber das Originalpendel von Foucalt ist im Musée des Arts et Métiers in Paris. (Zumindest hoffe ich das, bin ja damals extra hingepilgert…)
Vielleicht zum Thema passend ist ein Hinweis auf den Kreiselkompass, der etwas weniger bekannt sein duerfte, aber im Gegensatz zum Foucaultschen Pendel vielfache Anwendung findet. Fuer die Historiker ist vielleicht von Intresse, dass bei der Weiterentwicklung dieser Idee einmal mehr A. Einstein seine Haende im Spiel hatte.
Zumindest leuchtet das Bremer Pendel jetzt bei jedem Nulldurchgang des Pendels grün – das muss doch was zu bedeuten haben 😉
wir haben letztes jahr als projektarbeit eins gebaut.
6m pendelhöhe waren zwar schon gut aber aus dem elektromagneten der das pendel in bewegung halten sollte wurde aus zeit- und kostengründen dann doch nichts.
so konnte man am ende, und nur wenn mal die mitschüler die finger von der kugel gelassen haben, die maximal 30minuten schwingzeit nur ganz schlecht für messungen gebrauchen.
aber egal. die lehrer hatten verständniss und das versuchsprotokoll war sehr ausführlich so das es am ende doch noch ne gute note gab.
Das ist der im Boden eingelassene Elektromagnet, der dem Pendel regelmäßig einen kleinen Impuls mitgibt, um den Reibungsverlust auszugleichen.
„Heidelberg ist ja nicht übel, aber das Originalpendel von Foucalt ist im Musée des Arts et Métiers in Paris. (Zumindest hoffe ich das, bin ja damals extra hingepilgert…)“
La première démonstration publique date de 1851, le pendule étant accroché à la voûte du Panthéon de Paris.
Da lohnt sich eventuell eine zweite Pilgerfahrt:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Paris-Pantheon-Interieur.jpg
Selbstverstaendlich durchlaeuft das Pendel auch an den Polen eine Rosettenbahn. Das einzige, was sich in Abhaengigkeit der geografischen Breite aendert, ist die Rotationsgeschwindigkeit der Pendelebene.
In Kassel, im Astronomisch.Physikalischen Kabinett in der Orangerie gibt es ebenfalls ein Pendel. Dort kann man auch einen Rekonstruktion der ersten neuzeitlichen Sternwarte auf mitteleuropäischen Boden besichtigen, die 1560 von Wilhelm IV, Landgraf von Hessen-Kassel eingerichtet wurde. Das ist auch eine Reise wert, vor allem weil es auf der Fuldaaue eine Planetenweg und im Museum ein Planetarium gibt.
@ Florian
Wenn es dich interessiert, kann ich mal einige Infos zusammenstellen (muß ich eh für einen Vortrag im Juni machen) und sie dir schicken, dann kannst Du hier mal drüber berichten. In Kassel wurden auch wundervolle mechanisierte Himmelsgloben und Planetenuhren von Jost Bürgi gefertigt, die sogar den damaligen Kaiser Rudolf II. begeisterten.
@towarisch: ja, da ist noch ein Teil der Erklärung unter den Tisch gefallen. Ich hab das mal erweitert.
@Odysseus: Eigentlich ist das das beste Argument um exakt in Quito eins aufzubauen, nicht? 🙂
Unser Mathe-/Physiklehrer am Helmholtz in HD, Jobst Deubner, der halbzeitig auch Neutrinos am MPI (?) jagte, hatte mal in den 70ern eins im Schulinnenhof (10 m hoch) aufgebaut.
Das fiel allerdings Vandalismus zum Opfer.
https://www.helmholtz-heidelberg.de/index.php?page=4&read=420
Wau, der trägt jetzt seit einem Jahr das Bundesverdienstkreuz!
Dieser Mann hatte in mir die Begeisterung für Physik (und etwas für Mathe…) geweckt. Was dann in ein Ing-Studium mündete.
Würde mich nicht wundern, wenn Du ihn kennst.
In Berlin gibt’s das selbstverständlich ebenfalls: im Technischen Museum am Gleisdreieck.
In Wien im GRG12 in der Rosasgasse baumelt auch so ein Teil rum. https://www.rosasgasse.at/
Ist nicht im technischen Museum in Wien auch eins? Ich hab das letzte Mal, als ich dort war, eins gesehen, aber das ist jetzt schon wieder ein paar Jahre her.
Vielleicht etwas spät, aber dennoch:
@soph und die deren Frage beantwortet haben:
Die Zeit, die ein F. Pendel für eine vollständige Umdrehung benötigt, hängt von Breitengrad ab. An den Polen, wie schon erwähnt entspricht das einem Sternentag.
Die Formel für einen anderen Breitengrad lautet:
24 Stunden / sin (Breitengrad)
Genauer natürlich, wenn man statt 24h den Sternentag mit 23 h 56 min 4,09 s ansetzt.
Mathematisch erklärt sich dadurch auch, warum das Pendel Äquator nicht funktioniert, da man durch 0 Teilen müsste, während an den Polen im Nenner eine 1 steht.
Physikalisch kann man es auch dadurch begründen, dass die Kräfte (Rotation und Gravitation) am Äquator im 90° Winkel zueinander stehen und sich somit aufheben.
Die Erde selbst dreht sich aber auch am Äquator in 24h um die eigene Achse. 😉
Tja das in Paris hat es wohl zerlegt:
https://www.timeshighereducation.co.uk/story.asp?sectioncode=26&storycode=411529&c=1
Danke, jetzt versteh ich den Sinn des ganzen 🙂 Sitze schon seit Tagen in der Unibib KN mit Blick auf ein Pendel (ja, das hat echt was meditatives!), und frage mich was genau es damit auf sich hat. Wieder was gelernt!