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.

Dünyanın Hareket Ettiğini Nasıl Bilebiliriz?

Platon’un zamanından on altıncı yüzyıla dek astronomlar, çevresindeki her şey dönerken dünyanın yerinde durduğunu düşünme eğilimindeydi. Bu görüşle çelişen teoriler elbette yok değildi. Fakat sorun kimsenin elinde bu durumu ikna edici bir kanıtın olmaması idi. Biz tabi ki hareket eden bir platformda olduğumuzu hissetmiyoruz. Fakat Dünya’yı hareket ederken deneysel olarak gözlemleyebilir miyiz?

1543 yılında Kopernik Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine (Latince: “De revolutionibus orbium coelestium”) isimli kitabının bir kopyasını Papa III. Paul’e üzerine ünlü notunu yazarak göndermişti. “İnsanlar bu kitapta benim Dünya’ya belirli hareketler yakıştırdığımı öğreneceklerdir. Bunun için ilk önce beni ve teorimi reddetmek için feryat edeceklerdir.”. Fransız fizikçi Jean Bernard Léon Foucault (18 Eylül 1819 – 11 Şubat 1868) 1851 yılındaki Paris Sergisinin bir parçası olarak bilimsel bir sergi düzenlemesi için davet edildiği zaman, aradan geçen iki yüzyıla rağmen, bazıları hala bu fikre inanmıyordu.

Foucault Sarkacı Gösterisi

1851’de Foucault, yazının başında gösterdiğimiz düzeneğin benzerini 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 alınabiliyordu. 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.

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 derece18 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.

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.

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. Onun bilime olan en büyük katkısı karmaşık bir fikri herkes tarafından anlaşabilir bir hale getiren bir sarkaç olmuştur.

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?; yayınlanma tarihi: 2 Şubat 2018; bağlantı: https://www.smithsonianmag.com/
  • Nicolaus Copernicus; Dedication of the Revolutions of the Heavenly Bodies to Pope Paul III; ; Bağlantı: https://hti.osu.edu/

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