Pêndulo de Foucault

Pêndulo de Foucault. Um pêndulo de Foucault é um sistema oscilatório longo e levemente amortecido, cujo peso é livre para oscilar em qualquer plano vertical enquanto o aparelho está fixo na Terra em rotação. A força restauradora é a gravidade, e o movimento pode ser tratado na aproximação de pequeno ângulo por um Lagrangiano que separa o movimento planar da rotação da Terra. O momento angular do pêndulo em torno do seu eixo vertical é conservado no referencial inercial local, mas a rotação da Terra introduz um torque de Coriolis que faz com que o plano de oscilação precesse. A taxa de precessão é ω = Ω sinφ, onde Ω ≈ 7,292×10⁻⁵rads⁻¹ é a velocidade angular da Terra e φ é a latitude da localização do pêndulo. No Pólo Norte ou Sul o avião completa uma revolução completa em 24h, enquanto no equador não ocorre precessão. O efeito é mais aparente em pêndulos grandes (comprimentos de braço >10 m) porque o período de oscilação é mais longo, dando à Terra mais tempo para girar abaixo do pêndulo entre oscilações sucessivas, e porque a relação entre o torque restaurador e a resistência inercial é favorável para observar o movimento sutil de precessão.

Contexto Teórico

A primeira demonstração prática foi feita por Léon Foucault em 1851 no Observatório de Paris, utilizando um pêndulo de 67 m que rodava visivelmente o seu plano oscilante em questão de horas. Instalações subsequentes em todo o mundo, incluindo o pêndulo Harvard de 14 m do Smithsonian Institution e o modelo Chicago-Universidade de Illinois de 12 m, foram projetadas para mitigar a resistência do ar, as vibrações do solo e os efeitos de flutuabilidade para manter um ambiente quase sem atrito. Estas experiências não só confirmaram a rotação da Terra, mas também serviram como testes sensíveis da conservação do momento angular num referencial não inercial. As encarnações modernas usam caixas herméticas e seladas a vácuo, suspensões magnéticas ou interferometria óptica para reduzir ainda mais a perda de energia, estendendo o período de precessão observável e permitindo demonstrações educacionais da dinâmica rotacional fundamental.