Drehe die Scheibe. Rolle einen Ball darüber oder schau auf die Schwingungsrichtung des mitdrehenden Pendels und kontrolliere die Beobachtungen auf dem Monitor.
WORUM GEHT ES?
Warum kann ich einen Ball nicht geradeaus rollen, wenn ich mich auf einer drehenden Scheibe befinde und wie treffe ich einen stehenden Korb im Vorbeidrehen? Warum dreht sich das Foucaultsche Pendel? Und ist es überhaupt das Pendel, das sich dreht oder doch vielmehr der Betrachter?
Die Coriolisscheibe ist ein zentrales Exponat der Ausstellung – es befindet sich in räumlicher Nähe zu dem großen Pendelraum und verdeutlicht unter anderem das Verhaltens des Foucaultschen Pendels.
WESHALB IST DAS SO?
Eine langsam drehende Scheibe von etwa vier Metern Durchmesser kann von den Besuchern betreten werden. Rollen sie sich Bälle quer zur Achse der Scheibe zu, sehen sie aus ihrer Perspektive, dass die Bälle nicht geradlinig, sondern auf Kurven rollen. Dreht sich die Scheibe links herum, denn werden die Bälle nach rechts abgelenkt, und bei Rechtsdrehung entsprechend umgekehrt. Von außen betrachtet rollen die Bälle geradlinig. Das Experiment zeigt so in einfacher Weise die Auswirkung der Corioliskraft und die Abhängigkeit vom Bezugssystem.
Die Corioliskraft gehört nämlich zu den Schein- oder Trägheitskräften in rotierenden Bezugssystemen, die nur der mitrotierende Betrachter erkennt. Sie tritt im Unterschied zur bekannteren Zentrifugalkraft nicht schon auf, wenn eine Masse relativ zu einem rotierenden Bezugssystem ruht (also wenn sie einfach nur „mitrotiert“), sondern nur, wenn sie sich im Bezug auf das rotierende System bewegt. Benannt ist diese Kraft übrigens nach Gaspard Gustave de Coriolis, der sie 1835 erstmals aus den Grundgleichungen der Mechanik herleitete.
Versucht der Besucher von der drehenden Scheibe aus einen Ball in einen außen stehenden Korb zu werfen, denn wird es schwierig. Der Ball hat beim Abwurf nämlich nicht nur die Geschwindigkeit in Abwurfrichtung, sondern auch gleichzeitig in Richtung der Bewegung auf der Scheibe. Das führt, anders als erwartet, zu einer seitlich gekrümmten Flugbahn, die schwer vorauszuberechnen ist und das Treffen erschwert.
Ein Pendel, das auf die Fläche der Coriolis-Scheibe gestellt werden kann, verdeutlicht die Funktion des Foucaultschen Pendels. Wird das Pendel in Schwingung versetzt, behält es für einen außen ruhenden Betrachter seine Schwingungsrichtung im Raum bei. Ein mitdrehender Besucher sieht, wie sich die Scheibe unter dem Pendel dreht. Bei Linksdrehung der Scheibe wird wegen der Corioliskraft das Pendel ständig auf eine nach rechts gekrümmte Bahn abgelenkt, wodurch sich die Schwingungsebene des Pendels im Bezug auf die Scheibe nach rechts dreht.
Da das große Foucault-Pendel im Turm (auf der nach links drehenden Nordhalbkugel) durch die Corioliskraft nach rechts gezogen wird, dreht sich seine Schwingungsebene. Auf dem Nordpol würde eine Umdrehung der Schwingungsebene in 24 Stunden erfolgen. Zum Äquator hin nimmt die Corioliskraft mit der abnehmenden geografischen Breite ab, die Dauer der Drehung nimmt zu. In Lüdenscheid dauert die Drehung etwa 31 Stunden, am Äquator dreht sich das Pendel gar nicht mehr.
In der Mitte über der Scheibe befindet sich eine Kamera, die das Bild der Scheibe von oben auf einem Monitor abbildet. Das Videobild dieser Kamera wird in der gleichen Geschwindigkeit wie die Drehscheibe gedreht und wirkt somit statisch. Der Betrachter erkennt dadurch die unterschiedlichen Wahrnehmungen in Abhängigkeit vom Standort. Er sieht z.B., dass sich ein Pendel über dem Mittelpunkt der Scheibe für den mitfahrenden Besucher scheinbar dreht (wie das Foucault’sche Pendel), für einen Außenstehenden aber nicht.