Die Funktion eines Foucaultpendels

Zur Startseite

   
     

Die Funktion eines Foucaultpendels ist mit einer Animation leicht zu verstehen. Nehmen Sie zuerst an, dass das Pendel gerade über dem Nordpol aufgehängt ist. Unten links sehen Sie eine Animation die eben diese Situation zeigt.

     

Das Pendel hängt also gerade über dem Nordpol. Ein Beobachter auf der Erdkugel bei dem Pendel folgt natürlich der Rotation der Erdkugel und empfindet, dass die Schwingungsebene des Pendels sich ändert. Die Schwingungsebene des Pendels bleibt aber unverändert. Stattdessen dreht sich die Erdkugel unter dem Pendel.

 

 

 

 

Diese Animation zeigt ein Pendel am Äquator aufgehängt. Hier folgt das ganze Pendel der Erdkugel. Es gibt also keine Rotation sondern das Pendel führt eine reine Translations-Bewegung von Westen nach Osten. Ein Zuschauer auf der Erdkugel sieht also dass die Schwingungsebene des Pendels die ganze Zeit dieselbe ist.

 

Animation von John Willsund

 

Animation von John Willsund

     

Am Nord- und Südpol dreht sich die Erdkugel 360º um ihre Polarachse in 24 Stunden. Die Schwingungsebene des Pendels ändert sich also (scheinbar) 360º in 24 Stunden. Am Äquator ändert sich die Richtung der Schwingungsebene überhaupt nicht, man kann sagen dass die Zeit für einen Umlauf unendlich ist. Motala liegt zwischen diesen zwei Extremen, mit Breite 58º 33’. Die Zeit, in der die Schwingungsebene des Pendels sich um 360º zu drehen scheint, beträgt ca. 28 Stunden. In 24 Stunden dreht sich das Pendel scheinbar um ca. 307º. Die Drehungsgeschwindigkeit der Schwingungsebene ist 15ºsin λ (º /Stunde), wobei λ die Breite  ist, für Motala also 58,55º.

 

 

Die Drehungsgeschwindigkeit der Schwingungsebene einige Orten:

Ort/Platz

Ung. Breite (λ)

Drehungszeit t = 24/sin λ

  Rotation mit der Uhr  

Der Nordpol

90° N

24 (23h 56 min) Stunden

Stockholm, Schweden

59° N

28 Stunden

Motala, Schweden

59° N

28 Stunden

Berlin, Deutschland

52° N

30 Stunden

London, Groβbritannien

51° N

31 Stunden

Manila, Philippinen

14° N

99 Stunden

Jakarta, Indonesien

6° N

230 Stunden

  Rotation gegen der Uhr  

Rio de Janeiro

23° S

61 Stunden

Das Kapstadt

34° S

43 Stunden

Der Sydpol

90° S

24 (23h 56 min) Stunden

 

Für die Wiβbegierigen - wie die Bewegung sich in Gang hält so dass das Pendel nicht stehen bleibt

Damit die Bewegung des Pendels wegen Luftwiderstand und Reibung nicht stehen bleibt, muss man die ganze Zeit ein biβchen Energie zuführen. In der Mitte der Bodenplatte gibt es daher eine Spule mit einem Weicheisenkern eingesprengt. Gleich nachdem das Pendel einen Umkehrpunkt passiert hat und auf dem Weg zurück zum Zentrum ist wird ein Strompuls durch die Spule gesendet, die dann magnetisiert wird. Die Pendelkugel wird dann während eines kurzen Augenblicks gegen das Zentrum gezogen. Die Bewegung bekommt also jedesmal, wenn die Kugel einen Umkehrpunkt passiert, einen Stoβ. Um die Passage über das Zentrum der Spule zu registrieren gibt es im Zentrum der Spule 6 IR-Diode die IR-Licht aussenden. Wenn das Pendel die IR-Diode passiert wird das Licht von der Unterseite der Kugel reflektiert und in einem Sensor registriert. Ein Timer startet dann und nach einer passenden Zeit wird ein Strompuls durch die Spule gesendet.

Ohne Antrieb wird die Amplitude etwa 5,5 cm weniger pro 200 Schwingungen. Das entspricht eine Niveau-Unterschied um ca 0,3 cm zwischen dem Umkehrpunkt und dem Nulldurchgang pro 200 Schwingungen. Daher ist eine Energiezufϋhr ΔEp = mgΔh ≈ 0,4 J, d h etwa 2 mJ/Schwingung nötig, um die Bewegung mit unveränderter Amplitude zu behalten.