EL PÉNDULO DE FOUCAULT EN EL CIACYT
José Nieto
Pierre Grech
Introducción
Una esfera de bronce rellena de plomo con un peso de 67 kilos se balancea suspendida de un cable de acero de 19 metros de largo en el Hall de entrada del Centro de Innovación y Aplicación de la Ciencia y Tecnología (CIACYT) de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí. Debajo de ella, en el piso, un mural de dos metros de diámetro representando motivos de la región potosina completa la escultura. Sobre el mural, a escasos centímetros, la esfera recorre su diámetro con un movimiento de vaivén majestuoso y regular de 8.7 segundos.
Los que ingresan al edificio se absorben en el movimiento y hacen seguramente conjeturas sobre el motivo por el cual está ahí.
El péndulo del CIACYT-UASLP
Todo comenzó en 1851 cuando a un científico francés se le ocurrió algo que a nadie le había pasado por la cabeza; ya que el plano de oscilación de un péndulo no varía aunque su punto de anclaje tenga una rotación, esto podría servir para demostrar la rotación de la Tierra. Se trata de una demostración sencilla, elegante y profunda.
Este científico fue Jean Bertand Leon Foucault, quien en diciembre de 1850 estaba poniendo a punto un reloj para controlar el movimiento de los telescopios del observatorio de Paris con su amigo Gustave Froment, el mejor fabricante de instrumentos de Paris, y constató que la varilla del péndulo fijada al mandril oscila en un plano fijo aunque se rote el punto de anclaje.
Esa observación lo llevó a hacer unos días después, el 8 de enero de 1951, un péndulo de 2 metros con una masa de 5 Kg. El cuidado experimental que tuvo implicó trabajar a las dos de la mañana en el sótano de su casa para evitar las vibraciones de la calle que alterarían el experimento, y constató que a medida que pasaba el tiempo se hacía evidente una pequeña variación del ángulo. Parecía que el plano de oscilación giraba en el sentido de las manecillas del reloj.
El 3 de febrero, gracias al apoyo de Francois Arago científico y político, renovó su experimento pero esta vez en la Sala Meridiana del Observatorio de Paris con un péndulo de 11 metros. La desviación angular fue definitivamente más visible.
Seguramente con el apoyo político de Arago, el presidente Louis Napoleón Bonaparte solicitó a Foucault la realización del experimento bajo la cúpula del panteón de Paris. Froment fabricó una esfera de 18 centímetros de diámetro hueca de latón rellena de plomo y con un peso de 28 kilogramos. que fue fijada a la cúpula a 67 metros de altura por medio de una cuerda de piano. El 31 de marzo el experimento se realizó con bombo y platillo y los parisinos respondieron a la invitación que decía “Vengan a ver a la tierra girar…”
Esfera del péndulo de Foucault
El experimento fue memorable. El péndulo fue soltado y una aguja instalada en su base trazaba un surco sobre una cama de arena húmeda. El tiempo que tardaba en hacer un vaivén completo era de 16.42 segundos mostrando claramente en cada oscilación una desviación de algunos milímetros. Al cabo de una hora la desviación angular era de 11.3 grados.
El experimento del Panteón fue reproducido poco tiempo después en la catedral de Reims y en muchas otras ciudades con latitudes diferentes. Resulta que la desviación angular depende de la latitud, siendo máxima en los polos y nula en el ecuador. En San Luis Potosí, por ejemplo, que está a una latitud de 22 grados la desviación angular de un péndulo en una hora es de 5.6 grados.
Este fue sin duda el experimento más recordado del siglo XIX por su sencillez, sus implicaciones filosóficas y su difusión mediática.
Teoría heliocéntrica
Este experimento resolvió definitivamente la discusión de si la Tierra era el centro del Universo (teoría geocéntrica) o si esta se mueve alrededor del Sol igual que los demás planetas (teoría heliocéntrica).
Aristóteles (384-322 a.c.) planteó un modelo que colocaba a la Tierra como centro inmóvil del Universo, teoría que perduró durante dos mil años. Sin embargo, la teoría heliocéntrica en la que el Sol era el centro y todos los planetas se movían alrededor fue planteada en la misma época por Aristarco de Samos (310-230 a.c). Los trabajos originales de Aristarco se perdieron probablemente en uno de los incendios de la biblioteca de Alejandría pero hay referencias a sus escritos en los trabajos de Arquímedes. El modelo heliocéntrico planteado por Aristarco implica la rotación de la Tierra sobre su eje.
Fue Copérnico (1473-1543 d.c.) alrededor de 1530 quien planteó un modelo heliocéntrico que explicaba, el movimiento rotacional, de translación de la Tierra y los Planetas y colocaba al Sol como una estrella más del Universo. De haber realizado el experimento de Foucault en ese entonces el asunto hubiese quedado dilucidado de una vez por todas.
De 1610 a 1633 el planteamiento de la teoría heliocéntrica basada en la deducción de observaciones le costó a Galileo un largo cuestionamiento por parte de la Inquisición que terminó en un juicio.
Aún ahora que está plenamente demostrada y aceptada por la ciencia y por la cultura general la teoría heliocéntrica, muchas personas creen en el modelo geocéntrico. De acuerdo a encuestas realizadas de 1999 al 2006 uno de cada cinco norteamericanos cree que el Sol da vueltas a la Tierra, y según encuestas realizadas en 2011 un tercio de los rusos cree también que es el Sol el que se mueve. (Wikipedia, teoría heliocéntrica).
Otros trabajos de Foucault
Genio experimental; Foucault desarrolló experiencias que fueron esenciales para el desarrollo de la ciencia. Entre otras podemos mencionar: En 1843 construye uno de los primeros telégrafos de carátula, un telégrafo de señales convencional, análogo al de Morse y un telégrafo de teclas. En 1845 Foucault y Fiseau logran las primeras fotografías del Sol que muestran las manchas solares. Además colaboró para establecer el método para tomar fotografías con un microscopio. En 1848 desarrolla y construye la primera lámpara de carbón realmente utilizable. En abril de 1850 realizó un experimento que demostraba que la luz viaja más despacio en el agua que en el aire y con eso se pudo corroborar lo que la teoría ondulatoria pronosticaba. En 1852, Foucault inventó el giroscopio que fue otra manera de demostrar la rotación de la tierra; fue un invento que en su época no tuvo mucha repercusión pero que ahora reconocemos por su uso extendido para la navegación aérea, la orientación de telescopios, etc. En 1857 inventó el polarizador que lleva su nombre y concibió un método para probar la esfericidad de los espejos para telescopio lo que facilitó y mejoró su fabricación. En 1862 determinó la velocidad de la luz con un error de 0,6% del valor aceptado actualmente. http://es.wikipedia.org/wiki/Léon_Foucault
El Péndulo del CIACYT
La imponente altura del Hall de entrada del CIACYT estaba predestinada para albergar el péndulo de Foucault como un símbolo elegante y sencillo del desarrollo científico.
Cuando surgió el proyecto del CIACYT y vimos los planos del hall de entrada, en construcción, propusimos la idea de construir el péndulo y con el apoyo del director del CIACYT Dr Hugo Navarro, del arquitecto del edificio Arq. Roberto Carlos Legaspi y del Ingeniero de la obra Marcos Bocanegra, se preparó un ancla que fue colada en el techo el hall.
Personas que fabricaron el péndulo del CIACYT
El entusiasmo del Dr. Yuri Nahmad del Instituto de Física contribuyó para que se realizara el proyecto.
Así como Foucault no hubiera podido construir su péndulo monumental sin el ingenio de Gustav Froment, así nosotros recurrimos a quienes saben hacer las cosas en nuestra Universidad.
Primeramente al Laboratorio de CCIM (Centro de Capacitación en Ingeniería de Materiales) a cargo del Ing. Alonso de la Garza San Miguel en donde se fundió el péndulo, y a su equipo, Omar Noyola López, Martín Rojas Cabrera y Mario Armando Robledo Gómez.
El maquinado fue hecho por el Maestro Ezequiel Ontiveros quien realizó el acabado fino del péndulo y el diseño y construcción del soporte.
El diseño de la base fue concebido y realizado en la Facultad del Hábitat bajo la dirección de Gerardo Ramos auxiliado por Juan Rodríguez.
El diseño y realización del mural es el trabajo del pintor potosino Jesús Ramos
Inauguración del péndulo por el rector de la UASLP Arq. Fermín Villar Rubio al inaugurar el edifico del CIACYT-UASLP.
Péndulos célebres en el mundo
Hay cientos de péndulos en el mundo pero en México tenemos además del péndulo del CIACYT el péndulo del Centro Educativo y Cultural del estado de Querétaro “Manuel Gómez Morín”. También hay un péndulo en la Catedral de México que sirve para medir la inclinación de la Catedral debido a hundimientos.
Péndulo de la Catedral de México
Referencias
Le pendule de Foucault au musée des arts et Métiers, rédaction de Jacques Foiret, Bruno Jacoby et Jacques Payen, Musée National des Techniques Conservatoire National des arts et Métiers, Editions Carré, Paris, 1990
Léon Foucault Le miroir et le pendule. Par William Tobin, physicien et astronome néozélandais, Adaptation française de James Lequeux, EDP Sciences 2002. Édition originale : William Tobin, The man who proved the world turned round. Cambridge University 2002