Fouc 0 Das Foucault-Pendel am St.-Michael-Gymnasium Monschau Quellen: nach [1], S.1 u. [2], S.15

Unsere Erde dreht sich am Tag einmal um sich selbst. Auf unserem Breitengrad legen wir ca. 25.400 km in 24 Stunden zurück, das gibt eine Geschwindigkeit von etwa 1.058km/h, das ist fast Schallgeschwindigkeit (ca. 1220 km/h) = MACH1 … … und davon merken wir NICHTS !

MONSCHAU

Quellen: [3]; [4]

Fouc 2 … merken wir wirklich nichts von der Erddrehung ?

Doch !

- Wenn man das „richtige Hilfsmittel“ hat … Und das hatte 1661 als erster Vincenzo Viviani.

Publik wurde dieses Hilfs mittel aber erst 200 Jahre später durch … Quellen: [5], [6]

Fouc 3

Jean Bernard Léon Foucault (1819 – 1868)

Beide hatten genau studiert, was ein Fadenpendel macht : befestigt man an einem Rahmen eine Schnur (Pendelfaden)

Pendel faden Rahmen

und hängt an das andere Ende des Fadens eine Masse ( Pendelkörper), lenkt dann den Pendelkörper bis zum Rahmen aus und gibt ihn frei,

Pendel körper

dann bewegt sich das Pendel immer in derselben Ebene (Schwingungs ebene) hin und her. Quellen: [7], [8]

merkwürdige Eigenschaft eines Fadenpendels :

Dreht man den Rahmen

, an dem das Pendelt hängt, dann

bleibt die Schwingungsebene des Pendels erhalten .

Schwingungs Ebene Schwingungs Ebene

nach: [8]

Fouc 4 Foucault‘s Idee: Würde ein solches Fadenpendel am der Erde losgelöst - von einem Ort oberhalb des Pols eine Person, die dort ein Pendel installiert hat, dann sieht man folgendes: Quellen: [9], [10]

Fouc 5 Die Person (am Nordpol) auf der Erde nimmt die Pendelbewegung ganz anders wahr: Quelle: [11]

Fouc 6 Noch einmal räumlich: ein Beobachter außerhalb der Erde, (der die Erddrehung nicht mitmacht), sieht folgendes: Quelle: [12]

Fouc 7 ein Beobachter auf der Erde sieht folgendes: Quelle: [13]

Fouc 10

Vivianis und Foucaults Folgerung:

Da wir wissen, dass die Schwingungsebene eines Faden-Pendels immer dieselbe bleibt,

dreht sich die Schwingungsebene beim „Foucault-

Pendel“ nur scheinbar: In Wirklichkeit bleibt die Schwingungsebene konstant und

die Erde dreht sich unter dem Pendel weg.

– Daher zeigt die Drehung der Schwingungsebene des Foucault-Pendels:

die Erde dreht sich um sich selbst

.

Fouc 12 Dass wir diese Beobachtung nicht bei jedem Fadenpendel machen liegt daran, dass diese Drehung sehr langsam ist: An den Polen scheint sich die Pendelebene um 360 ° in 24h zu drehen, also um 2,5 ° in 10 Minuten. Nähern wir uns dem Äquator, so wird dieser Winkel immer kleiner.

Auf unserem Breitengrad hier in Monschau (50,56 ° ) ist er somit für den Betrachter eines gewöhnlichen Fadenpendels kaum wahrnehmbar.

Fouc 9 Eines der längsten Foucault-Pendel hängt im Pantheon in Paris, ca. 70m lang; dort hatte schon Foucault ein Pendel installiert.

Quellen: [15], [16]

Umsetzung am St. Michael Gymnasium Monschau: Eine 70m hohe Decke suchen wir bei uns vergeblich. Unser Pendel hat eine Länge von etwa 13,80m.

Umsetzung am St. Michael Gymnasium Monschau: Eine 70m hohe Decke suchen wir bei uns vergeblich. Unser Pendel hat eine Länge von etwa 13,80m.

Unser Pendelkörper ist eine massive Eisenkugel mit einer Öse am Äquator und einer Spitze in Verlängerung der Aufhängung, die zur Ablesung der Auslenkung auf Lehre 1 dient.

Umsetzung am St. Michael Gymnasium Monschau: Eine 70m hohe Decke suchen wir bei uns vergeblich. Unser Pendel hat eine Länge von etwa 13,80m.

Unser Pendelkörper ist eine massive Eisenkugel mit einer Öse am Äquator und einer Spitze in Verlängerung der Aufhängung, die zur Ablesung der Auslenkung auf Lehre 1 dient.

Eine Justiereinheit an der Wand ermöglicht uns eine präzise Einstellung der Länge des Fadens, mit dem wir unseren Pendelkörper in einem 90 ° Winkel auslenken wollen. Zur Kontrolle Dieses Winkels dient Lehre 2.

Installation des Pendelkörpers:

Installation des Pendelkörpers: Die Eisenkugel verfügt über zwei Gewinde, durch die das Aufhängungsseil und die Spitze an gegenüberliegenden Polen fixiert werden können. Die Öse befindet sich dann genau auf dem Äquator der Kugel.

Installation des Pendelkörpers: Die Eisenkugel verfügt über zwei Gewinde, durch die das Aufhängungsseil und die Spitze an gegenüberliegenden Polen fixiert werden können. Die Öse befindet sich dann genau auf dem Äquator der Kugel.

Anschließend wird die Lehre so positioniert, dass ihre Drehachse genau durch die beiden Pole des ruhenden Pendels verläuft und mit einem Bleiziegel fixiert.

Auslenkung des Pendelkörpers: Die Justiervorrichtung ist an der Wand montiert.

Auslenkung des Pendelkörpers: Die Justiervorrichtung ist an der Wand montiert. In sie lässt sich ein Faden einspannden, der von einem Ring umgelenkt wird und an dessen Ende ein weiterer Ring befestigt ist.

Auslenkung des Pendelkörpers: Die Justiervorrichtung ist an der Wand montiert. In sie lässt sich ein Faden einspannden, der von einem Ring umgelenkt wird und an dessen Ende ein weiterer Ring befestigt ist. Ein Zwischenstück, bestehend aus einer Schlaufe, die sich in die Öse am Pendelkörper einfädeln lässt und einem Haken, der in den Ring am Fadenende eingehangen wird, verbindet den Faden mit der Eisenkugel.

Auslenkung des Pendelkörpers: Die Justiervorrichtung ist an der Wand montiert. In sie lässt sich ein Faden einspannden, der von einem Ring umgelenkt wird und an dessen Ende ein weiterer Ring befestigt ist. Ein Zwischenstück, bestehend aus einer Schlaufe, die sich in die Öse am Pendelkörper einfädeln lässt und einem Haken, der in den Ring am Fadenende eingehangen wird, verbindet den Faden mit der Eisenkugel.

Mit Hilfe der Stellschraube an der Justiereinheit kann ein 90 ° Winkel hergestellt werden, der sich mit der Lehre überprüfen lässt.

Start des Versuchs und Messdatenaufzeichnung: Zum Start des Versuchs wird das Zwischenstück mit einem Feuerzeug durchgebrannt. Dies hat den Vorteil, dass die Kugel sauber abtropft und sich nicht um die eigene Achse dreht.

Start des Versuchs und Messdatenaufzeichnung: Zum Start des Versuchs wird das Zwischenstück mit einem Feuerzeug durchgebrannt. Dies hat den Vorteil, dass die Kugel sauber abtropft und sich nicht um die eigene Achse dreht.

Die scheinbare Drehung der Pendelebene wird mit Hilfe der Lehre registriert. Sie wird im Verlauf des Versuches unter dem Pendel mitgedreht. Ein an ihr befestigter Laser projiziert dabei einen Lichtpunkt auf den Boden.

Start des Versuchs und Messdatenaufzeichnung: Zum Start des Versuchs wird das Zwischenstück mit einem Feuerzeug durchgebrannt. Dies hat den Vorteil, dass die Kugel sauber abtropft und sich nicht um die eigene Achse dreht.

Die scheinbare Drehung der Pendelebene wird mit Hilfe der Lehre registriert. Sie wird im Verlauf des Versuches unter dem Pendel mitgedreht. Ein an ihr befestigter Laser projiziert dabei einen Lichtpunkt auf den Boden. In regelmäßigen Zeitabständen wird nun die Position dieses Lichtpunktes festgehalten.

Quelle: [17]

Der theoretische Wert der Schwingungsdauer unseres Pendels beträgt 7,4506 Sekunden.

Nach jeweils 10 Schwingungen wird die Verschiebung markiert. Quelle: [17]

Der theoretische Wert der Schwingungsdauer unseres Pendels beträgt 7,4506 Sekunden.

Nach jeweils 10 Schwingungen wird die Verschiebung markiert.

Die aus Sicht des Betrachters in diesem Zeitraum vollzogene Drehung der Pendelebene wird auf dem Boden mit etwa 8,89mm registriert. Das entspricht bei einer Startauslenkung von etwa zwei Metern einem Winkel von 0,24 ° . Auf unserem Breitengrad (50,56 ° ) hier in Monschau scheint sich die Pendelebene also in etwa 74,5 Sekunden um 0,24 ° zu drehen.

Quelle: [17]

Der theoretische Wert der Schwingungsdauer unseres Pendels beträgt 7,4506 Sekunden.Nach jeweils 10 Schwingungen wird die Verschiebung markiert.

Die aus Sicht des Betrachters in diesem Zeitraum vollzogene Drehung der Pendelebene wird auf dem Boden mit etwa 8,89mm registriert. Das entspricht bei einer Startauslenkung von etwa zwei Metern einem Winkel von 0,24 ° . Auf unserem Breitengrad (50,56 ° ) hier in Monschau scheint sich die Pendelebene also in etwa 74,5 Sekunden um 0,24 ° zu drehen.

An einem Tag würde ein stehender Beobachter also eine scheinbare Drehung der Pendelebene um 284 ° wahrnehmen Quelle: [17]

Fouc 12 Ein weiteres Foucault-Pendel kann live (Webcam) an der Universität München beobachtet werden (Internet-Adresse siehe unten): http://www.geophysik.uni-muenchen.de/outreach/foucault-pendulum/das-foucaultsche-pendel?set_language=de Quelle: [14]

Danke Das St.-Michael-Gymnasium Monschau bedankt sich für die Unterstützung bei: -Fa. Ulrike Brandenburg, Gerüstverleih u. Hubarbeitsbühnenvermietung, Monschau-Kalterherberg: Einrüsten des Treppenhauses und Einbringen von Bohrungen in die Decke des Treppenhauses von Haus 3 -Physikalisches Institut IIIA der RWTH Aachen, insbesondere bei -- Herrn Prof. Dr. Thomas Hebbeker (Institutsdirektor) und -- Herrn Josef Grooten (Mechanikermeister) für das Anfertigen des höhenverstellbaren Pendelkörpers, einer Deckenplatte mit Klemmvorrichtung und justierbarer Pendel-Startvorrichtung mit Überar beitung unserer oft nicht genügend präzisen Pläne und für ein Stahlseil -Fa. Myrenne GmbH, Roetgen, insbesondere Herrn Sebastian Staiger für technische Beratung und Unterstützung -Herrn Philipp Koll und Herrn Hagen Schnuch, (ehemalige Schüler) für das Anfertigen zweier passgenauen Lehren (Registrierung der Pendelschwingung und Justierung der Startposition) -Den Schülern Felix Hoff und Marvin Schmitz für die Präsentation des Foucault Pendels vor der Schulgemeinde -Dem Förderverein VEFF unserer Schule für materielle Unterstützung

Quellen

Quellen:

[1] Koll, Philipp: Aufbau und Durchführung des Foucault‘schen Pendelversuchs zum Nachweis der Erdrotation, Städt. St.-Michael-Gymnasium Monschau, Facharbeit in Physik, Schuljahr 2009/10 [2] Schnuch, Hagen: Zum Nachweis der Erdrotation. Über Foucault, andere Versuche mit Hilfe des Foucaultschen Pendels und zwei weitere Nachweise durch Isotomeographen und Fallversuche, Städt. St.-Michael-Gymnasium Monschau, Facharbeit in Physik, Schuljahr 2009/10 [3] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Rotating_earth_%28large%29.gif

[4] www.planetentagung.de/daten/bilder/design/planeten/erde/erde_gr.gif

[5] http://earthobservatory.nasa.gov/Features/BlueMarble/Images/globe_west_540.jpg

[6] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/Vincenzo_Viviani.jpeg

[7] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4b/Foucault.jpg

[8] http://www.avgoe.de/astro/Teil03/Pendel2b.gif

(Hainberg-Observatorium) [9] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foucault_pendulum_at_north_pole.png

[10] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foucault-Wikipedia-2.gif

[11] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foucault-Wikipedia-3.gif

[12] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foucault-rotz.gif

[13] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foucault-anim.gif

[14] http://workgroups.geophysik.uni-muenchen.de/pendel/00-thumb.jpg

[15] http://paris.feltkamp.de/Bilder/FoucaultPendel.gif

[16] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ae/Pendule_de_Foucault.jpg

[17] Hoff, Felix u. Schmitz, Marvin: Facharbeiten in Physik zum Foucault-Pendel, in Vorbereitung, Schuljahr 2012/13