La Terre tourne sous vos yeux dans le Hall d’honneur
Le Département de physique installe un pendule de Foucault
Victor Zacek (à gauche) et François Schiettekatte observent le pendule qu’ils ont conçu à l’occasion de l’Année internationale de la physique.
La Terre pivote sur elle-même. Ceux qui en doutent encore peuvent se rendre au Hall d’honneur du pavillon Roger-Gaudry, directement sous la grande tour, pour le constater de leurs yeux. Ils y verront un poids de 10 kg se balancer doucement au bout d’un mince câble de métal fixé au plafond.
En fait, jusque-là, pas de surprise, direz-vous: n’importe quel plomb se comportera de la même façon au bout de son fil. Exact. Mais le pendule de l’Université de Montréal prend toute sa mesure lorsqu’on revient une heure ou deux plus tard: il n’a plus le même axe. La Terre a tourné sous son point d’ancrage. Et si l’on reste sur place pendant précisément 33 h 39 min, on l’aura vu effectuer une rotation complète et retrouver son axe initial. «Quand Léon Foucault présente cette invention au Panthéon de Paris en 1851, c’est la première fois qu’on apporte une preuve terrestre de la rotation de la Terre», raconte Victor Zacek, professeur au Département de physique et instigateur du projet.
Physicien autodidacte, fils de libraire, Léon Foucault (1819-1868) a eu le génie de montrer au grand public ce que les savants avaient compris depuis longtemps mais en se basant essentiellement sur des observations astronomiques et la connaissance pure. Avec lui, tout Paris pouvait voir dans le Panthéon les traces du pendule sur le sable: chaque oscillation était légèrement décalée par rapport à la précédente. Près de trois siècles après Galilée, on pouvait enfin lui donner raison: E pur si muove! («Et pourtant, elle tourne!»)
Une image valant mille mots, Léon Foucault est devenu l’un des plus célèbres physiciens de son temps. «Foucault a eu une importance considérable, ajoute le professeur Zacek, spécialiste de la physique des particules. Lorsque Ernst Mach et Albert Einstein discutent de ce pendule en 1913, on peut penser que les grands principes de la théorie de la relativité générale sont en train de naitre.»
En raison de sa place dans l’histoire des sciences, et pour souligner de façon plus concrète que jamais l’Année internationale de la physique, le Département de physique a conçu l’idée de construire une version maison de ce pendule de Foucault. L’instrument oscillera sans relâche jusqu’en juin prochain.
Instrument complexe
Le pendule de l’UdeM est plus complexe qu’il en a l’air. Au sommet du câble de huit mètres de hauteur qui soutient le pendule, un dispositif relié à la base permet de compenser les pertes de vélocité du poids qui se balance. La friction et le champ magnétique ont un effet d’inertie et, si l’on n’équilibre pas ces forces, le pendule n’oscillera que quelques minutes avant de s’arrêter complètement. «Un peu comme lorsque vous poussez votre enfant assis sur une balançoire, résume le directeur du Département de physique, Laurent Lewis. Chaque fois qu’il s’élance, vous devez lui redonner une petite poussée, sinon il s’arrêterait.»
Si le pendule est suspendu beaucoup moins haut qu’à la démonstration inaugurale, le principe d’oscillation est le même. On pourrait même le démontrer avec un petit pendule de quelques centimètres. Mais ce serait beaucoup moins spectaculaire. «Par contre, ce principe ne fonctionne pas partout sur le globe, précise François Schiettekatte, l’un des responsables des activités entourant la célébration de l’année de la physique à l’Université. Cela s’explique par la force centrifuge de la Terre. Si l’on plaçait un pendule comme celui-ci directement au-dessus du pôle Nord, ces forces n’auraient pas d’effet sur l’oscillation.»
Pour connaitre la durée d’une oscillation complète, il suffit d’utiliser la formule suivante: T=24/sin (). Quand on sait que Montréal se trouveà 45'31'' de longitude nord, cela donne 33 h 39 min. «Nous l’avons vérifié, et le pendule est très précis», lance fièrement Victor Zacek.
Signé Beaubien
Pour Sophie Beaubien, gestionnaire de projet à la Direction des immeubles, la construction du pendule a été passionnante du début à la fin. «Le défi, pour moi, c’était de réaliser un objet qui soit à la fois esthétique, fonctionnel et scientifiquement valable», dit cette double bachelière (architecture et design) qui occupe son poste à l’Université de Montréal depuis 2003.
L’essentiel de son travail s’est concentré dans le socle, que le pendule frôle à environ un centimètre. Minimaliste, son dessin s’inspire des lignes de l’architecte du bâtiment principal du campus, Ernest Cormier. «Nous avons voulu retrouver dans le socle du pendule une inspiration semblable au magnifique site où nous l’avons installé», ajoute-t-elle.
Un peu pour rappeler l’éclairage diffus du plafond du Hall d’honneur, le socle du pendule, en bois d’érable, est éclairé avec des néons à travers des plaques translucides. Mais le socle est aussi fonctionnel, car il cache l’électroaimant relié à l’appareil fixé au plafond. C’est ce système qui permet d’annuler la friction provoquée par l’air sur le pendule.
Deux techniciens du Département de physique (Jean-Sébastien Meyer et Robert Martel) ont grandement contribué à la réalisation du système électrique et à celle du pendule lui-même. Quant au socle, il a été fabriqué par une firme d’ébénisterie architecturale, Fabri K A. «Nous avons formé une équipe très efficace pour ce projet vraiment original», mentionne Sophie Beaubien.
Au Département de physique, on se montre très satisfait du résultat. «C’est un symbole très concret de l’année de la physique. L’objet est splendide, tout à fait conforme à nos attentes», souligne Laurent Lewis, qui tient à exprimer sa gratitude à la Faculté des arts et des sciences (vice-décanat aux communications et infrastructures) pour son soutien.
Les activités de l’Année internationale de la physique se poursuivent. Il y aura entre autres deux conférenciers «grand public» sur le campus au cours de la semaine: Michel Paty, philosophe des sciences, et Mike Shara, du Musée américain d’histoire naturelle. Suivront plus tard à l’automne Jean-Philippe Bouchaud (économie et statistique), l’astrophysicien bien connu Hubert Reeves et un spécialiste de la gravitation, Clifford Will.
Mathieu-Robert Sauvé
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Foucault Pendulum (translated from the above noted text)
The Earth turns under your eyes in the Hall of Honor
Physics Department Installs Foucault Pendulum
Victor Zacek (left) and François Schiettekatte observe the pendulum they designed on the occasion of the International Year of Physics.
The Earth pivots on itself. Those who still doubt it can go to the Hall of Honor of Roger-Gaudry Pavilion, directly under the big tower, to see it with their eyes. They will see a weight of 10 kg swing gently at the end of a thin metal cable attached to the ceiling.
In fact, until then, no surprise, you say: any lead will behave the same way at the end of his thread. Exact. But the pendulum of the University of Montreal takes all its measure when one comes back an hour or two later: it no longer has the same axis. The Earth has turned under its anchor. And if we stay in place for precisely 33 h 39 min, we saw it perform a full rotation and find its original axis. "When Léon Foucault presents this invention to the Paris Pantheon in 1851, it is the first time that we bring a terrestrial proof of the rotation of the Earth," says Victor Zacek, professor in the Department of physics and instigator of the project.
Self-taught physicist, son of bookseller, Léon Foucault (1819-1868) had the genius to show the general public what scientists had understood for a long time but based essentially on astronomical observations and pure knowledge. With him, all Paris could see in the Pantheon the traces of the pendulum on the sand: each oscillation was slightly shifted compared to the previous one. Almost three centuries after Galileo, we could finally give him reason: E pure if muove! ("And yet it moves!")
A picture worth a thousand words, Léon Foucault became one of the most famous physicists of his time. "Foucault was very important," says Professor Zacek, a particle physicist. When Ernst Mach and Albert Einstein discuss this pendulum in 1913, one may think that the main principles of the theory of general relativity are being born. "
Because of its place in the history of science, and to emphasize more concretely than ever the International Year of Physics, the Department of Physics conceived the idea of ??building a home version of this Foucault pendulum. The instrument will oscillate relentlessly until next June.
Complex instrument
The pendulum of the UdeM is more complex than it looks. At the top of the eight-meter high cable that supports the pendulum, a device connected to the base compensates for the velocity losses of the weight that is swinging. The friction and the magnetic field have an effect of inertia and, if one does not balance these forces, the pendulum will oscillate only a few minutes before stopping completely. "Like when you push your child sitting on a swing," says the director of the Department of Physics, Lawrence Lewis. Every time he runs, you have to give him a little push, otherwise he'll stop. "
If the pendulum hangs much lower than the inaugural demonstration, the oscillation principle is the same. One could even demonstrate it with a small pendulum of a few centimeters. But it would be a lot less spectacular. "By cons, this principle does not work everywhere on the globe, says François Schiettekatte, one of the leaders of activities surrounding the celebration of the year of physics at the University. This is explained by the centrifugal force of the Earth. If we put a pendulum like this one directly above the North Pole, these forces would have no effect on the oscillation. "
To know the duration of a complete oscillation, it suffices to use the following formula: T = 24 / sin (). When you know that Montreal is 45'31 '' north, it is 33 h 39 min. "We checked it, and the clock is very precise," proudly launches Victor Zacek.
Signed Beaubien
For Sophie Beaubien, Project Manager in the Realty Branch, the construction of the clock has been exciting from start to finish. "The challenge for me was to create an object that is both aesthetic, functional and scientifically valid," says this double bachelor (architecture and design) who has held her position at the Université de Montréal since 2003.
Most of his work was concentrated in the base, which the pendulum was about one centimeter. Minimalist, his drawing is inspired by the lines of the architect of the main campus building, Ernest Cormier. "We wanted to find in the base of the pendulum an inspiration similar to the beautiful site where we installed it," she adds.
A little to remind the diffuse lighting of the ceiling of the Hall of Honor, the base of the pendulum, maple wood, is lit with neon lights through translucent plates. But the base is also functional because because it hides the electromagnet connected to the device attached to the ceiling. It is this system that makes it possible to cancel the friction caused by the air on the pendulum.
Two technicians from the Department of Physics (Jean-Sébastien Meyer and Robert Martel) greatly contributed to the realization of the electrical system and that of the pendulum itself. As for the base, it was manufactured by an architectural cabinetmaking firm, Fabri K A. "We have formed a very efficient team for this truly original project," says Sophie Beaubien.
In the Department of Physics, we are very satisfied with the result. "It's a very concrete symbol of the year of physics. The object is splendid, perfectly in line with our expectations, "said Laurent Lewis, who wishes to express his gratitude to the Faculty of Arts and Sciences (Vice-Dean of Communications and Infrastructure) for his support.
The activities of the International Year of Physics are continuing. There will be two "mainstream" speakers on campus this week: Michel Paty, philosopher of science, and Mike Shara, from the American Museum of Natural History. Jean-Philippe Bouchaud (economics and statistics), the well-known astrophysicist Hubert Reeves and a gravitation specialist, Clifford Will, will follow later in the fall.
Mathieu-Robert Sauvé