Foucault'sches Pendel

Das Foto zeigt (v.l.n.r.) die Rektorin der Universität Prof. Dr. Ursula Nelles und die Kanzlerin der Universität Münster Dr. Bettina Böhm bei der Übergabe des Foucaultschen Pendels im Rahmen der Jubiläumsfeier "25 Jahre Kooperation Universität Münster und Haus der Technik" am 26.10.2006. Das Pendel befindet sich zurzeit als Leihgabe im Haus der Technik in Essen.

Das Foucault'sche Pendel bietet die Möglichkeit, die Erdrotation zu simulieren. Durch die Luftreibung würde das Pendel nach einigen Stunden zur Ruhe kommen. Damit es permanent mit konstanter Auslenkung schwingt, wird es elektrisch angeregt. Eine vollständige (scheinbare) Drehung der Pendelebende dauert Stunden (in Münster 30 Stunden und 40 Minuten) und ist bei kurzer Beobachtung nicht sichtbar. Um sie für den Betrachter dennoch innerhalb weniger Minuten sichtbar zu machen und auch die Bewegung im Laufe eines Tages zu dokumentieren, ist unter dem Pendel ein Kreis von 180 roten Lämpchen angeordnet. Aus einer Umdrehung (360 Grad) in 30,66 Stunden folgt ein Fortschritt um zwei Grad in ca. 9 Minuten. Alle neun Minuten leuchtet also ein weiteres Lämpchen auf. Diesen Effekt können auch ungeduldige Besucher gut wahrnehmen.

Konzept:
Prof. Dr. Roland Szostak, Physikalisches Institut der Universität Münster
Konstruktion: Feinmechanische Werkstatt im Physikalischen Institut
Elektronik: Institut für Geophysik

Film über den Aufbau und die Nutzung eines Pendelmodells in Schulen (download rechte Maustaste, "Ziel speichern unter")
Film (Sprache: Englisch, Dauer ca. 5 Minuten, 26 MB, MPG Format)

Technische Details zum Foucaultschen Pendel:

Das Gestell ist angefertigt aus Edelstahl (1.4301) Konstruktionsrohr in geschliffener Ausführung (Korn 240). Die drei Säulen sind so konstruiert, dass sie zerlegbar sind (max. Länge 1300 mm) und sich leicht montieren lassen. Das Gestell mit Sockel hat eine senkrechte Höhe von 3100 mm.

Der Sockel besteht aus einer 40 mm dicken Holzplatte mit einem Durchmesser von 1350 mm, die mit einer Decorplatte aus Melaminharz beschichtet worden ist. Auf die Kante wurde eine 3mm dicke ABS-Kunststoffkante aufgeleimt. Die zurück versetzte Sockelblende besteht aus Edelstahlblech. In die Sockelplatte sind die Aufnahmen für die drei Säulen geschraubt. Die Klemmschrauben für die Säulen sind radial von außen zu erreichen. Auf die Platte ist ein Ring aus einem Aluminium-Profil mit einem mittleren Durchmesser von 880 mm und einer Höhe von 30mm zur Aufnahme der Leuchtdioden geschraubt. Im Zentrum befindet sich die Spule, die den Magneten anregt.

Die Kugel ist gefertigt aus hochwertigem Edelstahl, der keinen Restmagnetismus hat und sich auch nicht magnetisieren lässt. Sie hat einen Durchmesser von 135 mm und ein Gewicht von ca. 10 kg. Für die Seilaufnahme und den notwenidigen Magneten sind im Zentrum der Kugel Bohrungen mit Gewinde eingedreht.

Der Charron-Ring begrenzt und beeinflusst die Auslenkung des Seiles an dem die Kugel hängt. Er besteht aus einer 6 mm dicken Pertinax-Platte. Pertinax ist ein Verbundwerkstoff aus Papier und Kunstharz.

Der elektrische Antrieb
Exakt unter der Ruhelage des Pendels positioniert befindet sich die Spule eines Elektromagneten, die immer dann eingeschaltet wird, wenn das Pendel seine Bewegung von der maximalen Auslenkung zurück zum Ruhepunkt (Mittelpunkt) beginnt. Der Elekrtomagnet zieht die ferromagnetische Kugel kurz an und liefert die durch Luftreibung fehlende Energie nach. Damit der Magnet immer im richtigen Zeitpunkt eingeschaltet wird ist exakt in der Mitte des Magneten ein Reedkontakt angebracht, der von einem in der Pendelkugel eingebauten Magneten kurz betätigt wird, wenn das Pendel durch seine Ruhelage schwingt. Dadurch wird eine elektronische Schaltung gesteuert, die den Elektromagneten kurz einschaltet.

Die Lichtband-Anzeige
Die Lämpchen (3mm große Leuchtdioden) teilen den Kreis in 2-Grad-Schritten. In dem Aluminiumrahmen befindet sich zu jeder Leuchte auch ein Reedkontakt. Jedesmal, wenn die Pendelkugel über einen dieser Kontakte schwingt und ihn durch die eingebauten Magneten betätigt, schaltet dieser das ihm zugeordnete Lämpchen dauerhaft ein. Mit der (scheinbaren) Drehung der Pendelebene werden nacheinander die benachbarten Sensoren und Lämpchen aktiviert, es entsteht ein rotes Lichtband, das den Fortschritt der (scheinbaren) Drehung dokumentiert. Durch eine entsprechende elektrische Verschaltung kann nur das Lämpchen zusätzlich aufleuchten, dessen Vorgänger bereits leuchtet. Dadurch wird verhindert, dass sich auf beiden Seiten der Pendelschwingung ein Lichtband aufbaut.