Klati se klatno

Još od kako je Žan Bernar Leon Fuko 1851. godine okačio 28 kg tešku kuglu o 67 metara visok svod Panteona u Parizu, postavka klatna koja predstavlja očigledan dokaz rotacije Zemlje predmet je velikog interesovanja, kako publike tako i onih koji su eksperiment pokušavali da reprodukuju. Veličanstvene u svojoj neumoljivosti da zadovolje Njutnov zakon inercije, kugle nalik Fukoovoj klate se na gotovo svim geografskim širinama i mnogim meridijanima, praćene pogledima ispunjenim divljenjem i spoznajom.

Međutim, kao i kod svakog eksperimenta, manifestacije fizičkih zakona koje određuju interakciju sa okružujućim prostorom u velikoj meri su se pobrinule da maskiraju efekat precesije koji predstavlja dokaz Zemljine rotacije. Pa tako, otpor vazduha koji deluje na kuglu, pa čak i na samu žicu o koju je kugla okačena, ali i trenje u osloncu i vazdušna strujanja, neumorno troše energiju klatna i, malo po malo, amplituda oscilacija se smanjuje sve dok se konačno – kugla ne zaustavi. Sa druge strane, ako kugla dovoljno dugo osciluje, njena putanja relativno brzo umesto pravolinijske postaje blago eliptična, sa tendencijom da ta elipsa postane sve izraženija. Do te mere, da može u potpunosti da poništi precesiju ravni oscilacija.

Stoga, reprodukcija Fukoovog eksperimenta koji će na dovoljno očigledan način demonstrirati Zemljinu rotaciju predstavlja izazov. Izazov je u toliko manji koliko je kugla teža, okačena na dužu žicu, sa manjim trenjem u osloncu, manjim uticajem strujanja vazduha, vibracija oslonca i asimetrijom bilo koje vrste.

Zato je ZaFi imao ozbiljan zadatak. Aula Stare zgrade Mašinskog fakulteta je visoka tek nešto više od 9 metara, a konstrukcija oslonca i struktura plafona su ograničila težinu kugle na oko 30 kilograma. Izbor čelika visoke homogenosti odredio je prečnik kugle od 20-tak centimetara. Ovi parametri svrstavaju ZaFi-jevo klatno u mala klatna, nedovoljno velika da mogu održati amplitudu oscilacija dovoljno dugo da efekat precesije postane evidentan.

Eliptičnost putanje kugle, koja se neminovno javlja usled početnih uslova i svake, pa i najmanje asimetrije kugle i nosećeg sistema, kao i usled nehomogenosti magnetskog polja koje se koristi za održavanje oscilacija, kompenzuje se korišćenjem mehaničkog Šeronovog prstena. Metalni prsten odgovarajućeg poluprečnika postavljen je malo ispod oslonca klatna, tako da žica, tj. sajla pri svakoj oscilaciji, u trenutku kada kugla dostiže amplitudski položaj, blago dodirne ivicu prstena.

Elektromagnetski sistem za pobuđivanje klatna koji nadoknađuje energiju koja se troši na savlađivanje trenja u osloncu i otpora vazduha prilikom kretanja kugle, u kombinaciji sa mehaničkim Šeronovim prstenom praktično omogućava da klatno pravilno radi tokom dugačkog vremenskog perioda. Na geografskoj širini Beograda, Fukoova rotacija pomera amplitudski položaj kugle u smeru kazaljke na časovniku za oko 5 stepeni za oko 30 minuta.

Postavka Fukoovog klatna ima edukativni karakter koji prevazilazi osnovnu poentu eksperimenta – očiglednu manifestaciju Zemljine rotacije. Ona demonstrira različite fizičke fenomene – počev od krajnje očiglednih mehaničkih oscilacija matematičkog klatna, preko njihovog prigušenja i načina da se pobudnom silom to prigušenje kompenzuje, do elektromagnetske interakcije i senzorske elektronike. Pritome značaj oscilatornih sistema izlazi iz okvira fizike, budući da modeli i ponašanje oscilatornih sistema kroz fenomenološka preslikavanja nalaze primene i u biologiji, ekologiji, meteorologiji, medicini, pa čak i sociologiji i psihologiji,

Pored edukativnog, postavka ima i promotivni karakter jer je prati niz infografika i pratećih materijala koji mogu pružiti uvid u struke koje se neguju na fakultetima osnivačima ZaFija, Građevinskom, Tehnološko-metalurškom, Mašinskom i Elektrotehničkom fakultetu. Stoga je poseta ZaFiju potencijalno interesantna za srednjoškolce koji se nalaze pred izborom pravca daljeg školovanja.

Pored kustosiranih poseta tematski prilagođenih srednjoškolcima, ZaFi je osmislio i sadržaj prikladan za predškolce i mlađe i starije osnovce.

Borivoje Jeftić