Foucault Sarkacı Dünyanın Döndüğünü Nasıl Kanıtladı?

Eğer bir modern bilim müzesine ya da gözlem evine gitme şansınız olursa salonun ortasında tavana asılı duran bir sarkaç ile karşılaşmış olma ihtimaliniz olasıdır. Eğer karşılaşma şansına erişmediyseniz internette “Foucault’s pendulum” yani Foucault Sarkacı adı ile yapacağınız bir aramada bunun birbirinden etkileyici örneklerini görebilirsiniz.

19. yüzyıla kadar Dünya’nın kendi etrafında dönmesine ilişkin kanıtlar gözlemsel verilere dayanıyordu. Ancak Fransız fizikçi Fransız fizikçi Jean Bernard Léon Foucault (18 Eylül 1819 – 11 Şubat 1868) 1851 yılında Dünya’nın kendi ekseni etrafındaki hareketini kanıtlayacak bir deney düzeneği hazırladı ve sonunda bir sarkaç yardımı ile bunu kanıtlamayı başardı.

Foucault sarkacı gösterisi büyük ihtimalle en güzel ve etkileyici bilimsel gösterilerden bir tanesi idi. Dünyanın her yerindeki bilim müzeleri ve sergilerinde yer alması nedeniyle hala da öyledir. Bir sarkaç yardımı ile dünyanın döndüğünün nasıl kanıtlandığını merak ediyorsanız okumaya devam ediniz.

Foucault Sarkacının Diğer Sarkaçlardan Farkı Nedir?

Foucault sarkacı fizik laboratuvarlarında karşılaşabileceğimiz bir basit sarkaç düzeneğidir. Sarkacın yapmış olduğu hareket düzenli aralıklarla kendisini tekrar eder yani periyodiktir. Üzerine etki eden bir dış kuvvet olmaksızın basit sarkacın hareket doğrultusu değişmez. Foucault tarafından tasarlanan basit sarkaç düzeneğinde ise belirli bir zaman sonra sarkacın hareket ettiği doğrultu değişir. Foucault, sarkacın hareket ettiği doğrultunun değişmesine sebep olan etkinin Dünya’nın kendi etrafındaki dönüşü olduğunu öne sürdü.

1851’de Foucault kendi sarkacını Paris Panthéon’daki bu bilim sergisi için hazırladı. Sarkaç olarak ucuna demir bir top bağlanmış 67 metrelik çelik bir tel kullandı. Demir top 27 kilogram ağırlığındaydı. Topun altındaki yüzey üzerine ince kum serpti. Topun altına sabitlenen sivri uç ise kumdaki yolu takip ediyordu. Böylece sarkacın hareketi kayıt altına almak mümkün olacaktı.

Gösterisinden hemen önce bir grup bilim insanına ” Dünya’nın dönüşünü görmeye davetlisiniz ” yazan bir not gönderdi. Sarkaç ileri geri hareket ettikçe sarkacın ucundaki topun, saat yönünde, saatte 11 derece 18 dakika hızla yer değiştirdiği gözlendi. Foucault, bu açısal hesabı basit bir trigonometri formülü yardımı ile yaptı.

1877’de yayımlanan bir kitapta yer alan bu çizimde Foucault sarkacı ve bunun nasıl çalıştığını izlemeye gelenler görülüyor.

Gözlemlenen bu yer değiştirme Dünya’nın döndüğünün ilk fiziksel kanıtıydı. 1851’de bilim insanları Dünya’nın döndüğünü biliyorlardı. Ancak Foucault sarkacı buna yorumdan bağımsız kanıt sağladı. Parisliler deneyi hayranlıkla izledi. Devamında Foucault oldukça ünlü oldu. Zaman içinde de Foucault’nun hesaplamalarına dayanan benzer sarkaçlar dünya çapında görünmeye başladı.

Foucault’nun yaptığı deneylerde, 48°52’ kuzey enleminde bulunan Paris’te ise sarkacın bir turunu tamamlaması 31 saat 50 dakika sürmüştü. Ancak bu etkinin sonucunda gözlemlenen yer değiştirme sarkacın dünyanın neresinde sallandığına bağlıdır.

Foucault Sarkacı Kuzey Kutbunda Bulunsaydı Ne Olurdu?

Foucault Sarkacı’nın farklı bölgelerde bir gün içinde yer değiştirme miktarı

Düzeneği Kuzey Kutbu’na taşıdığımızı hayal edelim. Normal koşullarda sarkaç sallandığında, salınım düzlemi Dünya’nın hareketinden bağımsızdır. Onun altında hareket eden Dünya’dır. Bu nedenle Kuzey Kutbu’nda sarkacın salınım düzlemi her 24 saatte (tam olarak 23 saat 56 dakika 4 saniye) bir 360 derece saat yönünde dönecektir.

Kuzey Kutbundan uzaklaştıkça saat yönünde dönüş miktarı azalır ve ekvatorda hiç dönüş olmaz. Güney Kutbu’na doğru ilerledikçe, saat yönünün tersine dönüş miktarı artar. Dolayısıyla bir Foucault sarkacınız varsa çembersel turunu tamamlama süresini ölçerek Dünya üzerinde kaçıncı enlemde olduğunuzu matematiksel işlemlerle bulabilirsiniz.

Biz hissetmesek de dünyanın neresinde olduğunuza bağlı olarak dünyanın dönme hızı farklılaşır. Ayrıca, Dünya’nın dönüşü sabit olsa da hızı bulunduğu enleme göre değişir. Ancak Dünya yüzeyindeki tüm noktalar aynı anda dönmek zorundadır.

Bu nedenle gezegenin daha geniş bölümlerinde dönme hızının artması gereklidir. Aslında Ekvador, Quito’da yaşayan bir kişi bizden çok daha yüksek bir hızla hareket etmektedir.

Foucault aslında doktor olmak istiyordu. Ancak sonunda kan korkusu olduğu için bu meslekten vazgeçip fizik okumaya karar vermişti. İyi ki de öyle yapmış. Bu yerinde karar sayesinde Dünya’mızın döndüğünün sadece sözle değil deneysel olarak da kanıtlayabildik. Foucault’nun katkısı, oldukça karmaşık bir bilimsel kavramı, halkın kolayca kavrayabileceği bir şekilde göstermenin bir yolunu sağlamaktı. Sarkaç, o sırada insanların kafasında kalan tüm şüpheleri ortadan kaldırdı.



Kaynaklar ve ileri okumalar:


Dip Not:

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir Yorum

Başa dön tuşu