Le Pendule de Foucault

Manipulons la figure...

Le pendule représenté ici est une illustration de l'expérience de Foucault, au Panthéon.

En 1851, Léon Foucault installa son pendule, formé d'une boule de 38 cm de diamètre pesant 28 kg, accrochée à un fil de 67 m de long, fixé à la voûte de l'édifice par un astucieux dispositif limitant les frottements.

Ce pendule, d'une grande inertie, pouvait donc osciller longtemps avant de s'arrêter. Foucault montra ainsi que le plan d'oscillation du pendule tournait de 11° par heure, preuve irréfutable de la rotation de la Terre !

Pour comprendre ce phénomène, imaginons que le pendule soit placé au pôle Nord de la Terre (latitude : 90° Nord). Lorsqu'il oscille, la rotation de la Terre n'influence pas son point de fixation, et son plan d'oscillation reste fixe par rapport aux étoiles, et donc tourne pour un observateur lié à la Terre, de 360° dans le sens inverse de la rotation de la Terre (sens "des aiguilles d'une montre"), en un jour sidéral, soit 23h 56mn, ce qui fait une vitesse de rotation d'environ 15° par heure, plus importante qu'à Paris.

Si on place le pendule au pôle Sud de la Terre, son plan d'oscillation tourne dans l'autre sens, avec la même période.

Si on place le pendule à l'équateur, la rotation de la Terre n'influence pas son plan d'oscillation, qui reste fixe.

Ce n'est que quelques années plus tard que l'on put mettre en équations ce phénomène, grâce à la "force" de Coriolis, outil vectoriel que l'on introduit dans les calculs de mouvement dans un référentiel non-galiléen. Ici, cette "force" dépend de la composante verticale de la rotation de la Terre illustrée par le vecteur Ω, décomposé en ΩV(vertical) et ΩH(horizontal).

L'indication "ω/ω0=0.04" représente le quotient entre la vitesse de rotation de la Terre et la pulsation propre du pendule, ou le quotient entre la période du pendule et celle de la Terre. Dans l'expérience de Foucault, la période du pendule est de 16,42 s et celle de la Terre est de 86 164 s, ce qui fait un rapport de 0.00019. La rotation du plan d'oscillation du pendule est donc très exagérée sur l'animation par rapport à l'expérience de Foucault. De même, l'horloge avance plus vite !

 

Manipulation

Une très belle explication se trouve sur ce site YouTube.