Pendolo di Foucault: la sera del 31 marzo 1851 al Panthéon di Parigi la Terra dimostrò di girare

Il 3 febbraio 1851, in una cantina di Parigi, Jean Bernard Léon Foucault mise in oscillazione una palla di ottone appesa a un filo di due metri. Mentre il pendolo si muoveva avanti e indietro, sotto la palla un sottile pennello di metallo lasciava una traccia su un disco di sabbia. Foucault notò che la traccia non si sovrapponeva mai: ad ogni passaggio era leggermente ruotata rispetto alla precedente. Non era il pendolo a deviare. Era il pavimento della cantina, e con lui tutto il pianeta, a girargli sotto.

Sei settimane dopo, il 31 marzo 1851, Foucault ripeté l'esperimento sotto la cupola del Panthéon di Parigi davanti a un pubblico illustre. L'invito recapitato a colleghi e politici recitava una sola frase: «Vous êtes invités à venir voir tourner la Terre», siete invitati a venire a vedere la Terra girare. Per la prima volta nella storia, scrive il racconto dello Smithsonian Magazine, qualcuno mostrava la rotazione del pianeta non con un calcolo o un'osservazione astronomica, ma con un esperimento di laboratorio.

Un cavo di acciaio lungo 67 metri

La scheda dell'Enciclopedia Britannica descrive così l'apparato: una sfera di ferro da 28 chilogrammi sospesa al sommo della cupola con un filo di acciaio di 67 metri. L'enorme lunghezza serviva a due cose: aumentare il periodo di oscillazione (circa 16 secondi) e ridurre la perdita di energia per attrito, in modo che la traiettoria restasse stabile per ore.

Sotto la sfera, una piccola punta scriveva sulla sabbia raccolta in un anello circolare. Dopo un'ora il pubblico poté contare il numero di solchi lasciati e calcolare la velocità di rotazione del piano di oscillazione: a Parigi, latitudine 48°51', circa 11° all'ora, in accordo perfetto con la formula ω·sin(latitudine), dove ω è la velocità angolare della Terra.

Perché funziona (anche se non sembra)

Il principio è la conservazione del piano di oscillazione di un pendolo rispetto a un riferimento inerziale, fissato cioè rispetto alle stelle. Mentre la Terra ruota su se stessa, il piano del pendolo resta orientato sempre allo stesso modo nello spazio: per un osservatore al suolo è il pavimento che si muove e il pendolo a sembrare ruotare. Al Polo Nord il giro completo richiederebbe 24 ore esatte; all'equatore non si vedrebbe nulla, perché la componente verticale della rotazione terrestre è zero. Alle latitudini intermedie il periodo è uguale a 23,93 ore diviso il seno della latitudine.

Successo immediato, ma con un imbarazzo

L'esperimento ebbe successo planetario in poche settimane. Pendoli di Foucault vennero installati al Bunker Hill di Boston, alla Cattedrale di Reims, nel duomo di Colonia. In Italia, ancora oggi, un pendolo di Foucault oscilla all'interno del Museo Galileo a Firenze. La spettacolarità del fenomeno nascondeva però un imbarazzo storico: la rotazione terrestre era nota dai tempi di Copernico (1543) e dimostrata indirettamente dall'aberrazione stellare di James Bradley (1729), ma nessuno l'aveva mai resa visibile a occhio nudo. La sospensione perfettamente isotropa, capace di lasciar oscillare la sfera in qualsiasi piano senza forzare un verso, fu il vero contributo tecnico di Foucault, come ricostruisce un articolo divulgativo di Interesting Engineering.

Cosa è rimasto al Panthéon

Il pendolo originale fu rimosso nel 1855 e oggi è conservato al Musée des Arts et Métiers. Una copia funzionante è tornata sotto la cupola del Panthéon nel 1995, dove oscilla regolarmente per i visitatori. La pagina ufficiale del monumento spiega che ogni mattina un operatore lascia partire la sfera spezzando un sottile filo di cotone, in modo da garantire una partenza priva di forze parassite. Alla fine della giornata il piano di oscillazione è ruotato di circa 270°.

Un altro tipo di pendolo

Foucault, due anni dopo, inventò anche il giroscopio (1852), un cilindro rotante che mantiene l'orientamento del proprio asse. Anche questo strumento dimostra la rotazione terrestre, ma con un linguaggio più matematico e meno teatrale. Per l'opinione pubblica fu il pendolo a vincere: nei decenni successivi divenne icona di un'idea quasi controintuitiva, che il pavimento solido sotto i nostri piedi ruota a circa 1.670 chilometri orari all'equatore, e che basta un filo lungo abbastanza per accorgersene.