Клати се клатно

Још од како је Жан Бернар Леон Фуко 1851. године окачио 28 кг тешку куглу о 67 метара висок свод Пантеона у Паризу, поставка клатна која представља очигледан доказ ротације Земље предмет је великог интересовања, како публике тако и оних који су експеримент покушавали да репродукују. Величанствене у својој неумољивости да задовоље Њутнов закон инерције, кугле налик Фукоовој клате се на готово свим географским ширинама и многим меридијанима, праћене погледима испуњеним дивљењем и спознајом.

Међутим, као и код сваког експеримента, манифестације физичких закона које одређују интеракцију са окружујућим простором у великој мери су се побринуле да маскирају ефекат прецесије који представља доказ Земљине ротације. Па тако, отпор ваздуха који делује на куглу, па чак и на саму жицу о коју је кугла окачена, али и трење у ослонцу и ваздушна струјања, неуморно троше енергију клатна и, мало по мало, амплитуда осцилација се смањује, све док се коначно – кугла не заустави. Са друге стране, ако кугла довољно дуго осцилује, њена путања релативно брзо уместо праволинијске постаје благо елиптична, са тенденцијом да та елипса постане све израженија. До те мере, да може у потпуности да поништи прецесију равни осцилација.

Стога, репродукција Фукоовог експеримента који ће на довољно очигледан начин демонстрирати Земљину ротацију представља изазов. Изазов је у толико мањи колико је кугла тежа, окачена о дужу жицу, са мањим трењем у ослонцу, мањим утицајем струјања ваздуха, вибрација ослонца и асиметријом било које врсте.

Зато је ЗаФи имао озбиљан задатак. Аула Старе зграде Машинског факултета је висока тек нешто више од 9 метара, а конструкција ослонца и структура плафона су ограничила тежину кугле на око 30 килограма. Избор челика високе хомогености одредио је пречник кугле од 20-так центиметара. Ови параметри сврставају ЗаФи-јево клатно у мала клатна, недовољно велика да могу одржати амплитуду осцилација довољно дуго да ефекат прецесије постане евидентан.

Елиптичност путање кугле, која се неминовно јавља услед почетних услова и сваке, па и најмање асиметрије кугле и носећег система, као и услед нехомогености магнетског поља које се користи за одржавање осцилација, компензује се коришћењем механичког Шероновог прстена. Метални прстен одговарајућег полупречника постављен је мало испод ослонца клатна, тако да жица, тј. сајла при свакој осцилацији, у тренутку када кугла достиже амплитудски положај, благо додирне ивицу прстена.

Електромагнетски систем за побуђивање клатна који надокнађује енергију која се троши на савлађивање трења у ослонцу и отпора ваздуха приликом кретања кугле, у комбинацији са механичким Шероновим прстеном практично омогућава да клатно правилно ради током дугачког временског периода. На географској ширини Београда, Фукоова ротација помера амплитудски положај кугле у смеру казаљке на часовнику за око 5 степени за око 30 минута.

Поставка Фукоовог клатна има едукативни карактер који превазилази основну поенту експеримента – очигледну манифестацију Земљине ротације. Она демонстрира различите физичке феномене – почев од крајње очигледних механичких осцилација математичког клатна, преко њиховог пригушења и начина да се побудном силом то пригушење компензује, до електромагнетске интеракције и сензорске електронике. Притоме значај осцилаторних система излази из оквира физике, будући да модели и понашање осцилаторних система кроз феноменолошка пресликавања налазе примене и у биологији, екологији, метеорологији,  медицини, па чак и социологији и психологији,

Поред едукативног, поставка има и промотивни карактер јер је прати низ инфографика и пратећих материјала који могу пружити увид у струке које се негују на факултетима оснивачима ЗаФија, Грађевинском, Технолошко-металуршком, Машинском и Електротехничком факултету. Стога је посета ЗаФију потенцијално интересантна за средњошколце који се налазе пред избором правца даљег школовања.

Поред кустосираних посета тематски прилагођених средњошколцима, ЗаФи је осмислио и садржај прикладан за предшколце и млађе и старије основце.

Боривоје Јефтић