Pendolo

Se c’è qualcosa che dà l’idea dell’inesorabilità dello scorrere del tempo, questo è il pendolo. Usato per secoli per far funzionare gli orologi, la sua introduzione è tuttavia un fatto relativamente recente. La vicenda è nota: negli ultimi anni dei XVI secolo Galileo Galilei, nella Cattedrale di Pisa, si mise ad osservare un lampadario che era stato fatto oscillare dall’addetto che ne aveva acceso le candele. Confrontando la sua frequenza di oscillazione con il battito del proprio polso, intuì il cosiddetto isocronismo del pendolo, la caratteristica per cui questi oggetti producono oscillazioni di durata costante, indipendente dalla loro ampiezza (Galileo lo poté constatare allorché le oscillazioni, con l’andare del tempo, andarono smorzandosi).

Fatta questa osservazione, Galileo ebbe per primo l’idea di applicare il pendolo agli orologi. Ma gli orologi, almeno quelli da campanile, esistevano già nel XIII secolo: non funzionavano forse anch’essi grazie ad un pendolo?

In realtà no: i vecchi orologi da campanile usavano un volano ed uno scappamento (parte dell’orologio che riceve la forza motrice e la trasmette allo stesso volano) detto a corona e verghe. Un volano montato su un asse verticale veniva spinto avanti e indietro da una un apposito meccanismo, e la lancetta dell’orologio (quella delle ore perché quella dei minuti non c’era ancora) era sincronizzata su queste oscillazioni forzate.

Il problema è che un volano non ha una frequenza di oscillazione propria, e le sue oscillazioni possono durare un tempo maggiore o minore a seconda della forza che gli si applica; infatti questi vecchi orologi accumulavano fino ad un’ora di errore al giorno: ecco perché non c’era la lancetta dei minuti, non avrebbe aggiunto precisione alla determinazione dell’ora.

Dunque Galileo modifica un meccanismo da orologio togliendo l’asse verticale sul quale è montato il volano, e installando al suo posto un asse orizzontale a cui è applicato un pendolo. L’errore presentato da questo meccanismo si riduce a solo un quarto d’ora al giorno, già un notevole passo avanti; tuttavia questo errore è ancora eccessivo: le cose saranno migliorate ulteriormente nel secolo successivo da Rober Hooke, misconosciuto quanto importantissimo scienziato del XVII secolo, il quale inventa un nuovo tipo di scappamento detto ad àncora. Con questo nuovo meccanismo le oscillazioni del pendolo risultano notevolmente ridotte in ampiezza; ed infatti si dimostrerà che l’isocronismo del pendolo, intuito da Galileo, vale solo per oscillazioni molto piccole, mentre il vecchio scappamento da lui usato richiedeva oscillazioni ampie. Con il progresso di Hooke, l’errore degli orologi a pendolo si ridurrà finalmente a pochi minuti di errore al giorno.

L’evoluzione del pendolo andrà ancora avanti, con la messa a punto di scappamenti sempre più evoluti. Nella prima metà del XX secolo si useranno orologi a doppio pendolo, in grado di accumulare errori di pochissimi secondi, non al giorno, ma all’anno! E costituiranno il massimo della tecnologia, fino all’invenzione degli orologi al quarzo e, soprattutto, degli orologi atomici.

La carriera scientifica del pendolo non si esaurisce con il compito di battere il tempo negli orologi, infatti nel 1851 verrà tentato un esperimento basato proprio su di esso, che darà luogo più di un secolo dopo al titolo di un celebre romanzo di Umberto Eco: Il pendolo di Foucault.

Se prendiamo un peso, lo attacchiamo ad un filo e lo facciamo oscillare, esso sembra muoversi lungo lo stesso percorso, andando avanti e indietro sempre sulla stessa direttrice. Questo è dovuto al fatto che le oscillazioni del pendolo, se non ci sono altre forze ad intervenire su di esso, sono complanari. Ma la Terra gira sul suo asse! Dunque se la complanarità delle oscillazioni fosse reale, si dovrebbe vedere che, sotto al pendolo, la Terra gira: è ovvio che ci vuole del tempo, perché la rotazione terrestre è lentissima; comunque il fenomeno dovrebbe essere misurabile.

Questa idea venne appunto a Foucault (Jean Bernard Léon, fisico dell’Ottocento, da non confondere con Michel Foucault, filosofo del Novecento), che si mise a fare dei calcoli. In teoria, se il pendolo fosse montato al polo nord o al polo sud, il piano delle le sue oscillazioni dovrebbe fare un giro completo in un giorno; se montato all’equatore, l’effetto non sarebbe osservabile, mentre a latitudini intermedie l’effetto si presenterebbe a velocità diverse. Alla latitudine di Parigi questo giro apparente del piano sul quale si sviluppano le oscillazioni si dovrebbe compiere in circa trentadue ore, e per verificarlo basta disporre di un pendolo in grado di garantire il proprio movimento per un tempo sufficiente. Foucault si reca quindi al Pantheon, e attacca un peso di 28 chilogrammi ad un filo lungo 67 metri ancorato alla sommità della cupola; ed il pendolo cambierà effettivamente il suo piano di oscillazione, compiendo un intero giro, proprio nel tempo previsto!

Per Foucault fu un grandissimo successo. Il suo esperimento viene tuttora replicato in tutto il mondo per scopi didattici, e dovrebbe essere quanto basta per convincere anche i più convinti terrapiattisti che la Terra, in realtà, è sferica. Invece…