Il pendolo Jean Bernard Léon Foucault

Il fisico francese Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) effettuò nel 1851 un esperimento per dimostrare il moto di rotazione terrestre. Per evidenziare la rotazione della Terra occorreva predisporrequalcosa che rimanesse fisso mentre la Terra girava. Fu così costruito un pendolo, costituito da un filo lungo circa 70 metri, al quale era sospesa una sfera di ferro pesante 30 chili con applicata un’asticella che sfiorava il terreno cosparso di sabbia. Il pendolo venne fissato con un perno girevole alla cupola del Pantheon di Parigi.

Poiché una volta messo in oscillazione, un corpo oscilla sempre nello stesso piano, in altre parole il piano di oscillazione di un pendolo rimane invariato nello spazio, se la Terra fosse ferma l’asticella avrebbe dovuto tracciare sulla sabbia sempre la stessa riga. Invece, dai segni lasciati sul terreno si vide che effettivamente il suolo ruotava rispetto al piano in cui oscillava il pendolo. Le righe descritte dall’asticella cambiavano lentamente direzione e dopo 24 ore coincidevano nuovamente con l’oscillazione di partenza.

Nel 1851 a Parigi fu costruito il grande pendolo di Foucault, che dimostrava inequivocabilmente la rotazione terrestre.

Va detto che questo fenomeno non si verifica all’equatore, poiché qui il piano di oscillazione è parallelo all’asse terrestre.

Come gira la Terra su se stessa?

Dal nostro pianeta sembra che il Sole si muova nel cielo, sorgendo a est e tramontando a ovest. In realtà la Terra gira su se stessa da Occidente verso Oriente. Tale moto è detto rotazione. Durante la rotazione i diversi punti della superficie terrestre vengono esposti al Sole: è il fenomeno dell’alternarsi del giorno e della notte.

Per compiere una completa rotazione sul proprio asse la Terra impiega un intervallo di tempo di circa 24 ore, il giorno. In realtà la durata esatta della rotazione è di 23 ore, 56 minuti e 4 secondi.

All’equatore la rotazione avviene ad una velocità di 1.668 chilometri orari. Ai poli tale velocità è pari a zero, dato che essi si trovano sull’asse di rotazione e come tutti i punti dell’asse non si spostano ma ruotano su se stessi. Quindi dalla rotazione deriva una forza centrifuga, che è nulla ai poli e massima all’equatore. Questa forza – insieme alla forza di gravità – è responsabile della particolare forma della Terra: schiacciata ai poli, con rigonfiamento in corrispondenza dell’equatore.

Che cos’è l’asse terrestre?

L’asse terrestre è quella retta che passa per il centro del nostro pianeta e interseca la superficie in corrispondenza di due punti detti poli: il Polo Nord e il Polo Sud. La Terra gira su se stessa compiendo il movimento di rotazione sul proprio asse. Tale rotazione dà luogo all’alternarsi del giorno e della notte.

L’asse è inclinato di circa 66° rispetto al piano dell’orbita con cui la Terra gira intorno al Sole. Se così non fosse, i raggi solari formerebbero con l’asse un angolo di 90° e il circolo di illuminazione – la linea che divide la zona illuminata da quella in ombra – passerebbe per i poli. Per tutto l’anno, in tutti i luoghi della Terra, il dì e la notte avrebbero la medesima durata, vale a dire 12 ore. E non esisterebbero nemmeno le stagioni, anch’esse dovute all’inclinazione dell’asse.

L’asse, a sua volta, si muove descrivendo un cono nello spazio, con piccoli effetti di disturbo causati dall’attrazione lunare, chiamati nutazioni. Per completare il moto conico, l’asse impiega circa 25.800 anni. Questo movimento causa la precessione degli equinozi, uno spostamento degli equinozi sull’eclittica. Ciò significa che in realtà ogni anno il Sole si trova all’equinozio primaverile, posizione che determina l’inizio della primavera, circa 20 minuti prima del previsto. Con i secoli e con i millenni questi minuti si accumuleranno e le stagioni si invertiranno.

Cosa sono gli equinozi e i solstizi

L’eclittica, il circolo massimo che il Sole descrive sulla sfera celeste nel suo moto apparente, interseca l’equatore della sfera celeste stessa in due punti detti equinozi. Il Sole passa per gli equinozi il 21 marzo e il 23 settembre, quando il giorno e la notte hanno la medesima durata. Il 21 marzo segna l’inizio della primavera, mentre il 23 settembre comincia l’autunno.

I due punti dell’eclittica in cui il Sole si trova più distante dall’equatore celeste si dicono solstizi. Il Sole vi passa il 21 giugno e il 22 dicembre. A queste date nell’emisfero boreale abbiamo rispettivamente il giorno e la notte più lunghi dell’anno. Il 21 giugno è il primo giorno estivo, il 22 dicembre inaugura l’inverno. Le stagioni e i fenomeni ad esse correlati, tuttavia, nei due emisferi terrestri sono invertiti.

Fu l’astronomo greco Ipparco (II sec. a. C.) a scoprire che gli equinozi si spostano, anche se molto lentamente, lungo l’eclittica. Questo movimento prende il nome di precessione degli equinozi ed è dovuto al fatto che l’asse terrestre si muove descrivendo un cono nello spazio in un periodo di 25.800 anni. La precessione degli equinozi ha grande importanza poiché è evidente che con gli equinozi si spostano anche le stagioni. A causa della precessione ogni anno le stagioni iniziano circa 20 minuti prima di quanto dovrebbero: con il passare dei millenni, perciò, si invertiranno.