Trivia 12

How do we know the Earth Rotates?

Sometimes we think to have a good argument to teach that the Earth rotates by just looking at the sky and watch the stars moving around “us” from East to West, to conclude that the Earth rotates from West to East. That is all right, but it in not a prove that the Earth rotates, it is the consequence of it. The people in the Middle Ages also saw the sky moving from East to West around them, but did not conclude from this observation that the Earth rotated around its axis (what was an axis of rotation anyway?) but thought that the universe rotated around them, announcing and proclaiming that we were the center of the universe.  In modern scientific thinking, we would take that apparent motion of the sky to hypothesize a possible rotation, but have to get the information by other means. There is a famous experiment made by Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868). He hang on a long string (67 m) a heavy mass (28 Kg) creating a pendulum from the ceiling of the Pantheon in Paris, and with it, he was able to show how the plane of the swing motion of the pendulum was changing direction, that can only be explain if the Earth rotates. Why? Because the forces acting on the pendulum (the Tension on the string) and the force of gravity (its weight) are in the same plane; no lateral forces were acting on the mass. But because the pendulum has in motion (periodic motion) and due to the angular velocity of the rotating Earth, a fictitious force, called the Coriolis force, acts on the moving mass, making the plane of the pendulum to rotate. Illustration of this phenomenon can be seen in many science museums around the world.  The Coriolis effect can be seen on large masses that move on another body in rotation, like on Earth, and the moving masses of air determining the weather patterns. You might be wondering about the word “fictitious” force. Because, it is and effect of rotation and not a real acting force. Another fictitious force is the “centrifugal” force, that is, another effect of rotation, that in many cases are being interpreted at a reaction force of the centripetal force. Those are not action-reaction pair of forces. The Foucault pendulum is the prove that the Earth rotates (and it must do it around an axis of rotation) and now, we can use this knowledge to explain the motion of the stars around us.     

¿Cómo sabemos que la Tierra rota alrededor de su eje?

A veces pensamos que tenemos un buen argumento para enseñar que la Tierra gira entorno a sí misma alrededor de un eje, porque las estrellas se mueven de Este a Oeste, en la bóveda celeste. Esto es correcto, pero no es prueba de la rotación de la Tierra, es una consecuencia de la misma. Nuestros antepasados en la Edad Media, también observaron a las estrellas moverse de Este a Oeste, pero no concluyeron que su observación estaba basada en una rotación de la Tierra sobre su eje (¿qué significaba un eje de rotación?) pero pensaban que el universo giraba alrededor de ellos, anunciando y proclamando que eran el centro del universo. En la moderna forma del pensamiento científico, tomaríamos ese movimiento aparente del cielo para hipotetizar una posible rotación, pero que la información debería de producirse por otros medios. Hay un experimento famoso hecho por Jean Bernard León Foucault (1819-1868). Colgó de una larga cuerda (67m) una pesada masa (28 kg) creando un péndulo del cielo raso del Panteón en Paris. Con este péndulo le fue posible demostrar cómo el plano de la oscilación del péndulo, cambiaba de dirección, que solamente puede explicarse por la rotación de la Tierra. ¿Por qué? Porque las fuerzas que actúan sobre el péndulo (la tensión en la cuerda, y la fuerza de gravedad: su peso) están en el mismo plano de oscilación. Pero como el péndulo tiene un movimiento periódico, y debido a la velocidad angular de la Tierra, una fuerza ficticia, llamada la fuerza de Coriolis, actúa sobre el movimiento de las masas que están sobre el cuerpo que rota, como sobre la Tierra las masas de aire que determinan el estado del tiempo. Puede que te asombres del uso de la denotación de fuerza “ficticia”. La razón es que se trata de un efecto de la rotación y no de una fuerza real actuando sobre el cuerpo, como la gravedad u otra fuerza de acción directa. Otra fuerza ficticia es la llamada fuerza centrífuga. Centrípeta significa “hacia el centro”; centrífuga denotaría “hacia afuera”, es decir, contrario de una fuerza central. Una fuerza centrípeta es dada por la fuerza de gravedad, la centrífuga es el efecto de la rotación, que puede expresarse en términos de la velocidad angular para un observador que rota con el sistema. A veces, equivocadamente la fuerza centrípeta y centrífuga, se interpretan como fuerzas de acción y reacción. No son fuerzas de acción-reacción.  El péndulo de Foucault, puede verse en muchos museos de ciencias alrededor del mundo, y es la prueba de que la Tierra rota (alrededor de un, “su” eje), y con este conocimiento, podemos explicar el movimiento de los astros alrededor nuestro.  

Published by pkrumbein

Retired Physics/Astronomy teacher and instructor. Master in Physics Education and Master in Astronomy and Astrophysics. My interests are in reading and writing.

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