Nella controversia tra il sistema tolemaico e quello copernicano gioca un ruolo particolare la capacità di dimostrare che la terra è un corpo celeste che gira su sè stesso. Poterlo dimostrare con un esperimento avrebbe fornito a Galileo e ai copernicani del suo tempo un argomento schiacciante, contro il quale forse neanche la chiesa avrebbe potuto tener testa. Non so se Galileo si sarebbe potuto risparmiare il drammatico momento dell'abiura, ma sta di fatto che questa prova sperimentale era ancora ben lontana dal poter essere realizzata.
L'ironia della sorte ha fatto sì che l'oggetto principale di questo esperimento sia stato proprio quel pendolo che Galileo studiò per primo, anche se i concetti coinvolti (sistemi non inerziali, forze apparenti, forza di Coriolis) vennero sviluppati dopo di lui sulla scia dei suoi risultati, da Isaac Newton (1687) fino a Gaspard Gustave de Coriolis (1835).
Un pendolo che oscilla su un sistema rotante (la terra), cioè non inerziale, subisce un'accelerazione normale alla direzione di oscillazione che può essere rappresentata come il risultato di una forza (apparente) detta forza di Coriolis il cui risultato è quello di far ruotare progressivamente il piano di oscillazione. In alternativa è possibile pensare che questa rotazione avvenga per la tendenza (inerzia) del peso del pendolo a conservare la sua velocità tangenziale (quella che ha in virtù di stare su un sistema rotante, la terra appunto) che cambia leggermente a seconda della sua posizione (per un corpo posto in un sistema rotante la velocità angolare è sempre la tessa ma quella tangenziale dipende dalla posizione del corpo rispetto al centro di rotazione). Il risultato ovviamente è lo stesso. Qualunque forza di tipo apparente che si manifesta nella descrizione del moto di un corpo in un sistema non inerziale può essere sostituita da effetti dell'inerzia del moto del corpo stesso, visto da un sistema inerziale.
Quindi se misuro una rotazione del piano di oscillazione di un pendolo sto di fatto misurando un effetto diretto della rotazione terrestre. Questo è quello che ha ottenuto Foucault per la prima volta il 6 gennaio del 1851, poco più di due secoli dopo la morte di Galileo ed esattamente 170 anni fa da questo post. Buon compleanno!
"Jean Bernard Léon Foucault voleva risolvere il più ostinato problema scientifico di tutti i tempi, un problema che fra il Cinque e il Settecento aveva ossessionato Copernico, Keplero, Galilei, Cartesio e Newton ed era rimasto sorprendentemente irrisolto fino alla sua epoca [...]. Ci lavorava febbrilmente da alcune settimane [...]. Aveva preparato l'esperimento con cura, l'aveva perfezionato lavorando per mesi, concentratissimo, nella cantina di casa sua [...]. Così, alla fine, riuscì ad assicurare un capo di un filo di acciaio di due metri al soffitto, facendo in modo che potesse ruotare senza torsione, e attaccò all'altra estremità una palla di ottone di cinque chili: ottenne così un pendolo in grado di oscillare liberamente [...]. Il 3 gennaio 1851 l'apparato era pronto e Foucault lo mise in moto, trattenendo il fiato mentre il pendolo cominciava ad oscillare; di colpo, però, il filo si ruppe e la palla cadde pesantemente a terra. Tre giorni dopo era pronto per un nuovo tentativo: con molta attenzione mise il pendolo in moto e attese. La palla iniziò ad oscillare davanti ai suoi occhi, lentamente. E finalmente vide [...]. Il piano delle oscillazioni del pendolo aveva deviato dalla direzione iniziale, [...], leggermente ma costantemente, lontano da lui, e [...] seppe di avere appena osservato l'impossibile [...]. Léon Foucault aveva appena visto la terra girare." (tratto da Pendulum, Léon Foucault e il trionfo della scienza, di Amir D. Aczel, il Saggiatore, 2006).
NOTA: è curioso osservare che questo esperimento può essere esteso per dimostrare che la terra è sferica e non piatta (come purtroppo qualche sprovveduto ancora sostiene ai giorni nostri). Infatti si può verificare, facendo ripetuti esperimenti come quello eseguito da Foucault in punti distinti della terra, che il periodo di rotazione del piano di oscillazione del pendolo cambia in funzione della latitudine secondo la semplice formula T/sin(a), dove T è il periodo di rotazione della terra (24 ore) e a è la latitudine del luogo. Al contrario se la terra fosse piatta tale periodo sarebbe costante ovunque.
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