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Bergische Universität Wuppertal
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Wieso zeigt ein Foucaultsches Pendel die Erddrehung?


Antwort: Weil es keine äußere Kraft auf das Pendel gibt, die seine Schwingungsebene drehen könnte.

Um dies zu verstehen, betrachten wir einmal die Kräfte, die auf das Pendel einwirken können:

  1. Da ist zunächst die Schwerkraft, die das Pendelgewicht nach unten zieht. Da es am Pendelfaden aufgehängt ist, ergibt sich bei seitlicher Auslenkung auch eine seitliche Kraftkomponente, die es in die Ruhelage zurückschwingen läßt.

  2. Wegen der Trägheit kommt die Pendelmasse jedoch im Mittelpunkt nicht zur Ruhe, sondern bewegt sich bis zur anderen Seite weiter. Die dann rückwärts wirkende Komponte der Schwerkraft läßt das Pendel wieder zum Mittelpunkt zurückfallen, wo es durch die Trägheit erneut bis zur maximalen Auslenkung weiterschwingt und so fort.

  3. Die Luftreibung bremst das Pendel bei jeder Schwingung ab. Die Auslenkungen werden immer kleiner und es kommt nach einiger Zeit zur Ruhe, wenn dieser Energieverlust nicht von außen ausgeglichen wird.

    Die Luftreibung (der Strömungswiderstand) hängt von der Geschwindigkeit ab, also sind langsame Schwingungen besser. Daher sind die klassischen Foucaultschen Pendel auch sehr lang (das Original hatte 67 Meter).

  4. Kleine Störungen durch Luftströmungen können zu seitlichen Abweichungen der Pendelschwingung und somit zu Taumelbewegungen (Ellipsenbahnen) führen.

    Große, d. h. schwere Pendelmassen sind für solche Störungen weniger empfindlich, weshalb die klassischen Foucaultschen Pendel auch sehr schwer sind (das Original wog 28 kg, es gibt aber auch Pendelmassen mit über 100 kg). Zwar haben größere Massen (bei gleichem Material) auch ein größeres Volumen, damit eine größere Querschnittsfläche und einen höheren Luftwiderstand. Doch wächst die Masse mit der dritten Potenz des Durchmessers, der Querschnitt aber nur quadratisch.

  5. Da das Pendel im Gebäude aufgehängt ist, wandert es seitlich mit diesem mit. Aufgrund der freien Pendelaufhängung gibt es jedoch keine Möglichkeit, Drehbewegungen auf das Pendel zu übertragen, wenn sich das Gebäude dreht. Die "Kraft", die zu einer scheinbaren Drehung der Schwingungsebene führt, ist in Wahrheit eine durch die Trägheit hervorgerufene Scheinkraft, die Coriolis-Kraft.

Fazit:
Wenn sich die Schwingungsebene des Pendels relativ zur Umgebung zu drehen scheint, obwohl es - wie wir gesehen haben - keine drehenden Kräfte gibt, dann ist es die Umgebung des Pendels, die sich dreht, also dreht sich die Erde selbst!

Betrachten wir hierzu die Bewegung der Erde genauer [weiter]