FOUCAULT'SCHES PENDEL IM EHEMALIGEN WASSERTURM DER EISENBAHN
Seit mehreren Jahrzehnten hat sich die Stadt Rockenhausen mit dem Museum für Zeit des Themas der Zeit in all seinen Facetten angenommen.
Insbesondere zahlreiche Großuhren dokumentieren das elementare Interesse der Menschen an der möglichst genauen Bestimmung der Zeit. Parallel hinzu kommt der Drang, die naturgesetzlichen Zusammenhänge zu verstehen. Ein Meilenstein in der wissenschaftlichen Betrachtung der Zeit waren sicherlich auch die Erkenntnisse aus der Versuchsanordnung des sogenannten „Foucault'schen Pendels“. Wenige Gehminuten vom Museum, im alten Wasserturm für die Dampflokomotiven am Bahnhof, belegt jederzeit einsehbar ein Foucault'sches Pendel im Lauf die Erdrotation.
Er stammt noch aus der Zeit, als die Alsenztalstrecke mit schnaubenden Dampfloks betrieben wurde. Doch mit der Modernisierung der Bahn verlor der Wasserturm am Rockenhausener Bahnhof seine einst wichtige Funktion im Güterverkehr. Und so blieb das Sandsteingebäude lange Zeit ungenutzt – bis jetzt.
Die Geschichte des Pendels
Bereits 1661 stellte der Italiener Vincenzo Viviano, ein ehemaliger Mitarbeiter Galileis, Pendelversuche an und bemerkte Ablenkungen der Pendelbahn, jedoch ohne die Erkenntnis der Ursache. Den wissenschaftlichen Beweis für die Erdrotation lieferte erst der französische Physiker Leon Foucault.
1851 konnte er im Pantheon ein 67 Meter langes Pendel mit einem 28 kg schweren Pendelkörper der Öffentlichkeit vorstellen. Am unteren Ende des Pendelkörpers befand sich eine Spitze, die mit jeder Schwingung eine Spur im Sandbett auf dem Fußboden markierte. Dies war ein laientauglicher und aufsehenerregender Nachweis der Erdrotation.
Das Pendel im historischen Wasserturm in Rockenhausen
Eine Apparatur, die anschaulich macht, dass sich die Erde um ihre eigene Achse dreht. Das Pendel besteht aus einer 30 kg schweren Messingkugel, die an einem dünnen, über 10 Meter langen Drahtseil von der Spitze des Turmdaches herabhängt. Es bewegt sich in gleichmäßigen Schwingungen immer in der gleichen senkrechten Ebene. Ganz allmählich bemerkt man aber, dass das Pendel eben diese Schwingungsebene zu ändern scheint. Dies wird erkennbar, wenn die Spitze an der Unterseite der Kugel die Kippstifte auf der Rosettenbahn nach und nach zu Fall bringt.
Da aber das Pendel immer in der gleichen Richtung ausschwingt, bleibt nur die Erkenntnis, dass die – scheinbare – Richtungsänderung durch die Drehung der Erde entsteht. Mit anderen Worten: Der Planet Erde dreht sich samt Wasserturm und uns unter dem in immer gleicher Bewegungsrichtung schwingenden Pendel um seine eigene Achse, und zwar im umgekehrten Uhrzeigersinn.
Die unbeirrbare Bewegung des Pendels macht uns deutlich, dass wir auf einem rotierenden Planeten sitzen. Die Bewegungsbahn des Pendels steht in einem festen Winkel zum Sternenhimmel, der in der Nacht (am Tag auch, aber schlecht beobachtbar) ebenfalls den Eindruck erweckt, als würde er sich um uns drehen. So lässt sich ein uralter astronomischer Disput: „Dreht sich der Himmel (einschließlich der Sonne) um uns oder drehen wir uns unter dem Himmel?“ mit einem Laborexperiment entscheiden.
Antrieb des Pendels
Überlässt man ein frei schwingendes Pendel sich selbst, bleibt es wegen der Luftreibung nach einiger Zeit stehen. Das Pendel muss also in Gang gehalten werden, ohne die Richtung der Schwingung zu stören. Jedes Mal, wenn das Pendel die Mitte der großen Platte passiert, gib ein dort angebrachter Sensor ein Startsignal. Zum richtigen Zeitpunkt, wenn das Pendel wieder zur Mitte zurückkommt, wird kurz eine magnetische Kraft eingeschaltet, die das Pendel zur Mitte zieht. Dies wird durch die grünen Leuchtdioden in der Mitte angezeigt. Die Magnetkraft wird durch die große Spule aus Kupferdraht in der Mitte der Platte erzeugt.
Regelung des Antriebs
Mit einem solchen Antrieb wird dem Pendel ständig weiter Energie zugeführt. Dadurch kann das Pendel immer weiter ausschlagen und würde am Ende sich selbst zerstören. Der Pendelausschlag muss also begrenzt werden. Kurz unterhalb der Aufhängung läuft das Pendelseil durch einen Ring, der an zwei Kraftmessern befestigt ist. Bei jedem Ausschlag des Pendels drückt das Seil an den Ring und die Kraftmesser liefern Signale, die der Ausschlagweite in Nord-Süd bzw. der Ost-West- Richtung entsprechen (blaue und grüne Spur auf dem Monitor im Gebäude). Der eingebaute Analogrechner ermittelt daraus den Gesamtausschlag unabhängig von der Pendelrichtung (rote Spur).
Wenn der Gesamtausschlag einen eingestellten Wert (Sollwert) überschreitet, wird der Strom zur Magnetspule (gelbe Spur) gesperrt und die grünen LED-Signale bleiben aus. Ist der Gesamtausschlag wieder unter den Sollwert gefallen, wird der Magnetstrom wieder freigegeben.
Aufstellung der Kippstifte
Alle Kippstifte, die nacheinander vom Pendel umgestoßen wurden, müssenanschließend wieder aufgerichtet werden. Dies erfolgt durch eine Mechanik, die sich unter dem Rosettenboden befindet und zeitgesteuert motorisch angetrieben wird. Der Vorgang wiederholt sich alle zwölf Stunden.
Die Bewegung der Erde
In der Antike galt das Ptolemäische Weltbild, nämlich die Erde als Mittelpunkt des Universums. Feststehend, unbeweglich. Seit Kopernikus, Galilei u. a. hat man andere Ansichten gewonnen und so wissen wir auch, dass nicht durch schlecht gelaunte Götter, sondern durch die Erdumdrehung Tag und Nacht entsteht, ohne dass uns dessen stets bewusst ist, dass wir uns dabei (auf unserem Breitengrad) mit einer Geschwindigkeit von über 1000 km/h fortbewegen, wie auf einem riesigen Karussell. Gleichzeitig fliegt unser Planet mit über 100.000 km/h durch die Galaxis. Und nach genau einem Jahr und unvorstellbaren 900 Millionen Kilometern sind wir wieder an der gleichen Stelle im Sonnensystem, an der Sie jetzt diesem Text lesen.