Skip to content Skip to navigation

Foucault Sarkacı: Dünya’nın Döndüğünün İlk Deneysel İspatı

Nurulhude Baykal
18/02/2020 - 16:06

Bundan yüzyıllar önce Dünya’nın kendi etrafında dönüp dönmediği, ayrıca Dünya’nın mı Güneş’in etrafında yoksa Güneş’in mi Dünya’nın etrafında dolandığı bilim insanları arasındaki en hararetli tartışma konularından biriydi. Hatta Galileo Galilei’nin “Dünya dönüyor” dediği için yargılandığı bilinir. Müslüman bilim insanlarının da 10. yüzyıldan itibaren Dünya’nın döndüğünü iddia ettiklerine dair yazılı kaynaklar mevcut. Başta el-Biruni ve el-Siczi ürettikleri usturlap ile, sonrasında ise el-Tusi ve Ali Kuşçu gökyüzü gözlemleri ile Dünya’nın döndüğünü öne sürdü.

19. yüzyıla kadar bazı bilim insanları Güneş’in ve yıldızların gökyüzündeki hareketini Dünya’nın dönmesiyle açıklamıştı. Yani Dünya’nın kendi etrafında dönmesine ilişkin kanıtlar gözlemsel verilere dayanıyordu. Ancak Fransız fizikçi Leon Foucault, Dünya’nın kendi ekseni etrafındaki hareketini kanıtlayacak bir deney düzeneği hazırladı ve düzeneğini 1851 yılının Şubat ayında Paris Gözlemevi’nde sergiledi. Yüksekten sarkıtılan bir çelik halatın ucuna bağlanan kurşun bir topuz sayesinde Dünya’nın kendi ekseni etrafında döndüğü ilk defa gökyüzü gözlemlerinden bağımsız olarak deneysel yolla ispatlandı.

1877’de yayımlanan bir kitapta yer alan çizimde Foucault sarkacının nasıl çalıştığını izlemeye gelenler görülüyor.

Foucault sarkacı fizik laboratuvarlarında karşılaşabileceğimiz bir basit sarkaç düzeneğidir. Sarkacın yapmış olduğu hareket düzenli aralıklarla kendisini tekrar eder yani periyodiktir. Üzerine etki eden bir dış kuvvet olmaksızın basit sarkacın hareket doğrultusu değişmez. Foucault tarafından tasarlanan basit sarkaç düzeneğinde ise belirli bir zaman sonra sarkacın hareket ettiği doğrultu değişir. Foucault, sarkacın hareket ettiği doğrultunun değişmesine sebep olan etkinin Dünya’nın kendi etrafındaki dönüşü olduğunu öne sürdü.

Foucalt Sarkacı

Nbrouard

Bu durum okyanus akıntılarının ve rüzgârların hareketini açıklamakta da kullanılan Coriolis etkisi ile ilgilidir.

Coriolis (saptırma) etkisi, Dünya’nın kendi etrafındaki dönüşü nedeniyle okyanus sularının ve rüzgârların hareket yönünün görünürde sapmasına neden olur. Coriolis etkisi aslında nesnenin yolundan sapmasına yol açmaz ancak Dünya’nın kendi etrafındaki dönüş hareketi nesnenin hareket yönünün değişiyormuş gibi görünmesine neden olur.

Coriolis etkisiyle sarkacın salınırken ulaştığı uç noktalar sarkacın üzerinde salındığı yatay düzlem üzerinde çembersel bir yol izler. Sarkacın salınmaya ilk başladığında ulaştığı noktaya yeniden ulaşması yani tam bir tur dönerek çemberi tamamlama süresi, Dünya’nın dönüş hızına bağlı olduğundan enlemlere göre farklılık gösterir. Örneğin kutup noktalarında bu süre yaklaşık 24 saate (tam olarak 23 saat 56 dakika 4 saniye süren yıldız gününe yani Dünya’nın referans olarak seçilecek uzak bir yıldıza göre kendi etrafında bir kez dönmesi için geçen süreye) eşittir. Foucault’nun yaptığı deneylerde, 48°52’ kuzey enleminde bulunan Paris’te ise sarkacın bir turunu tamamlaması 31 saat 50 dakika sürmüştü. Enlem derecesi 0 olan Ekvator çizgisinde ise bir Foucault sarkacı salındığı doğrultudan sapmadan sürekli aynı doğrultu üzerinde ileri geri hareket eder. Dolayısıyla bir Foucault sarkacınız varsa çembersel turunu tamamlama süresini ölçerek Dünya üzerinde kaçıncı enlemde olduğunuzu matematiksel işlemlerle bulabilirsiniz.

Bir Foucault sarkacının salındığı doğrultunun açısal hızı, Dünya'nın dönüş hızı ile sarkacın bulunduğu enlem derecesinin sinüsünün çarpımına eşittir. Dünya yaklaşık 24 saatte bir 360° yani bir saatte 15° döner. Dolayısıyla Dünya’nın dönüş hızı saate 15° olarak ifade edilebilir.

Foucault sarkacının salındığı doğrultunun açısal hızı ≃ Dünya'nın dönüş hızı x sin (sarkacın bulunduğu enlem derecesi)

30° kuzey enleminde -örneğin Kahire ve New Orleans'ta- Foucault sarkacının salındığı doğrultunun açısal hızı saatte 7,5°dir. Çünkü 30°nin sinüsü ½’ye eşittir.

Dilerseniz siz de yaşadığınız şehrin enlem derecesini kullanarak şehrinizde bir Foucault sarkacı olsaydı sarkacın salındığı doğrultunun saatte kaç derecelik hızla döneceğini hesaplayabilirsiniz.

Kuzey Yarımküre’deki Foucault sarkaçları salınırken saat yönünde dönerken, Güney Yarımküre’deki Foucault sarkaçları salınırken saat yönünün tersi yönde döner.

İdeal koşullar altında sarkacın sabit bir hızla salınması beklenir. Ancak hava sürtünmesi dolayısıyla sarkacın hareketi zamanla yavaşlar. Bunun önüne geçebilmek için hâlen kullanımda olan Foucault sarkaçları ya belirli aralıklarla yeniden kurulur ya da manyetik kuvvetler yardımıyla sarkacın hızı sabitlenir.

Kaynaklar:

 

 

İlgili İçerikler

Fizik

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde basit bir kondansatör tasarlayıp birçok elektrik devresinde kullanılan bu elektronik devre elemanının çalışma prensibini öğreniyoruz.

Fizik

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi geliyor. Ancak güneş ışığından aldığı enerjiyi elektriğe dönüştüren geleneksel fotovoltaik gözeler sadece gündüzleri çalışıyor. Gündüzleri elde edilen enerjiyi geceleri kullanabilmek içinse başka enerji biçimlerine dönüştürüp depolamak gerekiyor.

Fizik

Fren pedalına hafif bir dokunmayla, yüklü bir kamyonun nasıl durduğunu öğrenmek ister misiniz? Sürücü tarafından fren pedalına uygulanan kuvvet, fren hidroliği tarafından balatalara iletilir. Balatalar da tekerleklerle bağlantılı fren disklerini sıkıştırarak aracın yavaşlamasını ve durmasını sağlar.

Fizik

Yarasalar ilgi çekici bir özelliğe sahip: Ses dalgalarını kullanarak tamamen karanlık bir ortamda çevrelerindeki nesnelerin yerini belirleyebiliyorlar. Görme engelli bazı insanların da bu özelliğe sahip olduğu biliniyor.

Fizik

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun malzemeler kullanarak elektrik enerjisi elde edip enerjiyi ışık, hareket ve ses enerjisine dönüştüren bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

Su, elektrik enerjisi kullanılmadan bulunduğu yerden daha yükseğe nasıl taşınabilir? Arşimet bu sorunu milattan önce üçüncü yüzyılda icat ettiği Arşimet vidası ile çözmüştü. Deneyler köşesinin bu etkinliğinde, Arşimet vidası tasarlayarak suyu yukarı taşımak amacıyla kullanılabilecek bir pompa yapıyoruz.

Fizik

Bilim Genç olarak ODTÜ Saçılmalı Demet Hattı ve İVME-R’de yürütülen çalışmalarla ilgili ODTÜ Fizik Bölümü Öğretim Üyesi ve İVME-R Müdürü Prof. Dr. Bilge Demirköz ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Rice Üniversitesinde Prof. Dr. James M. Tour önderliğinde çalışmalar yapan bir grup araştırmacı, karbon içeren atıklardan grafen üretmeye imkân veren bir yöntem geliştirdi. Araştırma ile ilgili makale Nature’da yayımlandı.

Fizik

Gençleri bilim insanlarıyla bir masa etrafında buluşturan TÜBİTAK Bilim Genç Kafe 11 Şubat Uluslararası Bilimde Kadınlar ve Kız Çocukları Günü’nde Ankara, İstanbul ve Samsun’da düzenleniyor. Etkinliğin Ankara’daki konuğu 2019 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’nü kazanan Dr. Öğr. Üyesi Emine Ülkü Sarıtaş.

Fizik

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun malzemeler ile cisimlerin nasıl elektriklendiğini gösteren bir düzenek tasarlıyoruz.