Fizik

Foucault Sarkacı Dünyanın Döndüğünü Nasıl Kanıtladı?

Eğer bir modern bilim müzesine ya da gözlem evine gitme şansınız olursa salonun ortasında tavana asılmış tabanı büyük dairesel bir platform olan bir sarkaç ile karşılaşmış olabilirsiniz. Eğer karşılaşma şansına erişmediyseniz internette “Foucault’s pendulum” adı ile yapacağınız bir aramada bunun birbirinden etkileyici örneklerini görebilirsiniz. Kafanızda neler olup bittiğini canlandırmanız açısından bir tanesini buraya ekleyelim.

1851’de Fransız fizikçi Léon Foucault, bu düzeneğin benzerini Paris’teki Panthéon’da hazırladı. Sarkaç olarak ucuna demir bir top bağlanmış 67 metrelik çelik bir tel kullandı. Normal koşularda bir sarkacın hareketi periyodiktir. Yani üzerine etkileyen bir kuvvet olmadıkça sarkacın hareket doğrultusu değişmez. Ancak Foucault tarafından tasarlanan basit sarkaç düzeneğinde ise belirli bir zaman sonra sarkacın hareket ettiği doğrultu değişti. Sarkaç ileri geri hareket ettikçe sarkacın ucundaki topun, saat yönünde, saatte 11 derece hızla yer değiştirdiği gözlendi. Foucault, bu açısal hesabı basit bir trigonometri formülü yardımı ile yaptı.

Oysa ki bu sarkaç sabit bir dünyada sallanıyor olsaydı, dış koşullar etki etmedikçe, sarkacın sonsuza kadar ileri geri bulunduğu noktada hareket etmesi gerekiyordu. Ama böyle olmadı. İşte gözlemlenen 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.

1877’de yayımlanan bir kitapta yer alan çizimde Foucault sarkacının nasıl çalıştığını izlemeye gelenler görülüyor.

Foucault Sarkacı Kuzey Kutbunda Bulunsaydı Ne Olurdu?

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’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. Dünya’nın dönüşü sabit olsa da hızı bulunduğu enleme göre değişir. 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 kan korkusu olduğu için bu meslekten vazgeçip fizik okumaya karar vermişti. Bu yerinde karar sayesinde Dünya’mızın döndüğünün sadece sözle değil deneysel olarak da kanıtlayabildik.

Kaynaklar:

  • Pickover, Clifford A; The physics book from the Big Bang to Quantum Resurrection, 250 milestones in the history of physics; ISBN 978-1-4027-7861-2
  • How Does Foucault’s Pendulum Prove the Earth Rotates?; https://www.smithsonianmag.com/

Matematiksel

Bir Yorum

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu