Pêndulo de Foucault: o experimento que comprovou a rotação da Terra há quase 2 séculos

Nosso planeta, a Terra, é uma imensa e esférica rocha, girando no espaço. Percebemos a rotação do nosso planeta, quando vemos os astros se movendo no céu ao longo do dia e da noite. Com base em séculos de desenvolvimento de instrumentos precisos de observação, concluímos que a Terra leva 23 horas, 56 minutos e 4 segundos para completar uma volta em torno de si. Mas até pouco tempo atrás, no fim da idade média, muita gente ainda defendia a ideia de que a Terra era estacionária e que esferas celestes se moviam em torno dela levando as estrelas, o Sol, a Lua e os planetas do Sistema Solar. 

Pode até parecer desnecessário, mas em meados do século XIX, um físico francês conseguiu provar a rotação da Terra com um experimento genial: O Pêndulo de Foucault. 

Jean Bernard Léon Foucault, foi realmente um dos grandes gênios da sua época. Nascido em 1819, em Paris, ele chegou a estudar Medicina, mas desistiu por conta de uma aversão a sangue e se rendeu à sua grande paixão: a Física. Entre seus grandes feitos nessa área estão, a descoberta das correntes elétricas de Foucault, a medição mais precisa da velocidade da luz e a comprovação física da rotação da Terra utilizando um pêndulo. Mas como isso seria possível?

Bom, o experimento de Foucault foi desenvolvido graças a uma fundamentação apresentada por um outro francês, o engenheiro e matemático,  Gustave-Gaspard Coriolis. Em 1835, Coriolis definiu matematicamente uma força que age sobre um corpo em movimento num sistema não-inercial em rotação. Imagine por exemplo, um disco de vinil em rotação em uma vitrola. Se uma pequena formiga andar sobre esse disco da borda em direção ao centro, ela sentirá uma força extra no mesmo sentido de rotação do disco. Já se ela se afastar do centro, sentirá uma força no sentido contrário à rotação.

Essa é a chamada força de Coriolis. E na verdade, é um pseudo-força, já que ela é uma parcela da força inercial do corpo. Enfim, essa força pode ser percebida facilmente no movimento de rodopio de uma bailarina. Quando ela contrai seus braços, aproximando-os do centro da rotação, a força de Coriolis aumenta a velocidade angular da bailarina, fazendo com que ela gire mais rápido. 

Por ter uma mente genial, Foucault percebeu que, se a Terra está em rotação, então um corpo em movimento em sua superfície, estaria sujeito à força de Coriolis. E de fato, hoje sabemos que é graças à Força de Coriolis que os ventos de uma tempestade giram no sentido anti-horário no Hemisfério Norte, e no sentido horário no Hemisfério Sul. Ela também provoca pequenos desvios em balas de canhão atiradas a longas distâncias. E Foucault imaginou, que ela poderia ser percebida também sobre um pêndulo, comprido e pesado o suficiente para que essa força pudesse ser medida e comprovada.

Antes de preparar o experimento, Foucault calculou que se o pêndulo fosse preso de uma forma em que ele girasse livremente em qualquer direção, perceberíamos que ao longo do tempo, ele não seguiria um caminho linear, indo e voltando para o mesmo ponto. Como a Terra está girando, à medida que o pêndulo oscila, a força de Coriolis age fazendo com que ele gire em torno de seu eixo. Assim, se o pêndulo estiver no hemisfério norte, ele deve sofrer um deslocamento no sentido horário, e se estiver no hemisfério sul, no sentido anti-horário. 

Mais ainda, Foucault percebeu que o período de rotação do pêndulo é inversamente proporcional ao seno da latitude do local. Nos pólos, o Pêndulo de Foucault dá uma volta em torno de si em 23 horas, 56 minutos e 4 segundos, exatamente o período de rotação da Terra. É como se, na verdade, a Terra girasse em torno do pêndulo. Mas não é isso.

A medida que se afasta dos pólos e se aproxima do Equador, esse período aumenta, e sobre a Linha do Equador, o Pêndulo de Foucault simplesmente não oscila em nenhuma direção. 

Foucault calculou também que, para a latitude de Paris, esse pêndulo deveria completar uma volta em 31 horas e 50 minutos. Então, em 1851, ele preparou o experimento no Panteão de Paris. Um prédio alto e fechado, livre de correntes de ar. Lá ele fixou uma esfera de 30 Kg presa por um fio rígido de 67 metros. A esfera era oca e em seu interior foi colocada uma areia fina, que escorria por um pequeno orifício e marcava o chão.

Quando a esfera foi posicionada e solta suavemente, ela começou seu movimento oscilatório de pêndulo. Lentamente ela foi se deslocando no sentido horário, marcando de areia as posições por onde ela passava. Demorou, mas depois de exatas 31 horas e 50 minutos, como Foucault havia previsto, seu pêndulo completou uma volta inteira, validando seus cálculos e provando, mais uma vez, a rotação do nosso planeta.

Depois dessa demonstração gloriosa, o mesmo experimento foi reproduzido em vários outros locais da Terra, inclusive nos pólos. E em todos os casos, ele oscilou exatamente como Foucault havia calculado. O Pêndulo de Foucault é um experimento extremamente simples e genial, que foi capaz de demonstrar a rotação da Terra 100 anos antes de qualquer viagem espacial.