Pendulul - un sistem oscilant mecanic precis Erwin Sattler GmbH; Co
Încă din secolul al XVI-lea, astronomi cunoscuți și oameni de știință din natură erau preocupați de particularitățile și comportamentul pendulului sau de ceea ce era apoi cunoscut sub numele de pendul gravitațional. În experimente și calcule ample, au ajuns la concluzia că perioada de oscilație a unui pendul cu o suspensie a firului nu depinde de masa sau forma corpului pendulului, ci doar de lungimea pendulului în sine. Așadar, a avut sens să folosim acest efect că un pendul, odată pus în mișcare, are întotdeauna nevoie de aceeași lungime pentru o oscilație, pentru a fi utilizat în ceasurile roților. La acea vreme, ceasurile erau relativ imprecise și căutarea celui mai precis sistem oscilant posibil cu care timpul putea fi măsurat sau afișat nu se terminase.
Astăzi cunoaștem diverse sisteme de oscilație precum roata de echilibru (pentru ceasurile de mână mecanice), cuarțul (pentru ceasurile cu funcționare pe baterie) sau chiar pendulul. Acesta din urmă este încă cel mai precis oscilator mecanic care este încă folosit pentru ceasuri de înaltă precizie, fixe sau suspendate.
În 1585, așa cum s-a menționat mai sus, Galileo Galilei a făcut descoperirea că frecvența cu care pendulează un pendul este determinată în primul rând de lungimea sa și de gravitatea de zi cu zi care îl înconjoară. În plus, el a observat că intervalul de oscilație al unui pendul nu are nicio influență asupra duratei unei oscilații a pendulului, care este acum descris de termenul izocron. Cu toate acestea, în ceea ce privește izocronismul, știm astăzi că acest lucru este aproximativ aproximativ prezent în cazul oscilațiilor foarte mici ale pendulului.
Deoarece un pendul, odată pus în mișcare, își pierde definitiv gama de oscilație din cauza diferitelor influențe interferente, cum ar fi gravitația, rezistența la aer sau fricțiunea suspensiei pendulului, trebuie să i se furnizeze forță la intervale regulate. În cazul unui ceas cu pendul fin, este responsabilă de o greutate care, prin intermediul ceasului, transmite puterea către pendul. În acest moment, trebuie menționat faptul că, în acest caz, greutatea este stocul de energie care este absolut de preferat, deoarece are o forță constantă (greutate) permanentă.
Dacă un pendul este încorporat într-un ceas instalat permanent, acesta este acționat cu putere constantă și lungimea acestuia este ajustată la poziția geografică exactă, astfel încât ceasul să afișeze ora cât mai precis posibil. Cu toate acestea, acest lucru nu este automat! Acum, alți factori perturbatori afectează sistemul existent. În primul rând, acestea sunt fluctuațiile de temperatură, precum și fluctuațiile presiunii aerului și fluctuațiile de umiditate.
Umiditatea enervantă poate fi remediată foarte repede prin vopsirea tijelor de pendul din lemn sau chiar folosind tije din metal.
Abaterile datorate fluctuațiilor de temperatură reprezintă o problemă mai mare: la temperaturi ridicate, materialele se extind, pendulele devin mai lungi și, prin urmare, mai lente, ceasurile încetinesc. La temperaturi scăzute efectul este inversat. Utilizarea lemnelor speciale care au reacționat puțin la aceste fluctuații a fost primul pas, urmat de experimente cu structuri complexe și costisitoare ale diferitelor tije din diferite metale care ar fi trebuit să se compenseze reciproc pentru a evita schimbarea lungimii tijei pendulului datorită temperaturii, așa-numita Pendul de rugină. În cele din urmă, la sfârșitul secolului al XIX-lea, omul de știință francez Charles-Edouard Guillaume a descoperit un aliaj de fier-nichel care a fost inovator. Coeficientul de expansiune termică a acestui nou material a fost de 10 ori mai mic decât cel al oțelului și de 5 ori mai mic decât cel al lemnelor selectate. Acest nou metal „invariabil” a primit, prin urmare, numele Invar, evident.
Cu toate acestea, deoarece Invar are încă o expansiune termică scăzută, ceasurile cu abateri de viteză de câteva secunde pe lună au fost posibile, dar valori mai bune nu au putut fi atinse numai cu Invar.
În 1896, antreprenorul Sigmund Riefler a inventat o altă compensație îmbunătățită pentru a compensa fluctuațiile de temperatură. El a folosit Invar pentru tija pendulului și a așezat așa-numitul tub de compensare pe piulița de reglare din partea de jos a tijei. Acest tub a fost limitat în partea inferioară de piulița de reglare, dar s-ar putea extinde liber în partea superioară (atunci când este încălzit). Pentru a perfecționa compensarea, tubul de compensare a ajuns exact în mijlocul corpului pendulului. Pur și simplu, tubul de compensare se extinde în sus atunci când este încălzit cu cantitatea cu care tija pendulului se extinde în jos. Corpul pendulului rămâne astfel exact în aceeași poziție la temperaturi diferite! Acum a fost pregătită calea pentru construirea de ceasuri cu pendul de înaltă precizie, iar realizarea unor valori excepțional de bune nu a mai fost influențată de fluctuațiile de temperatură.
Nu în ultimul rând, al treilea factor perturbator, presiunea în aer în continuă schimbare. Și aici, o invenție inovatoare a făcut posibilă obținerea unei îmbunătățiri semnificative în ceea ce privește acuratețea - dar din ce în ce mai mult în acest sens într-unul din articolele următoare din revista noastră!
Acum vrem să ne ocupăm pe scurt de reglementare, adică cum este ajustat cu precizie un ceas cu pendul.
Aproximativ, acest lucru se realizează prin ajustarea lungimii pendulului, ceea ce înseamnă că lentila pendulului trebuie deplasată în sus pentru a scurta pendulul și, astfel, pentru a accelera ceasul. Deplasarea în jos determină un pendul oscilant mai lent. În majoritatea ceasurilor cu pendul, acest lucru se face prin așa-numita piuliță de reglare. Acesta este situat la capătul inferior al pendulului și poartă corpul pendulului. Dacă piulița este acum rotită astfel încât corpul pendulului să fie ridicat, adică deplasat în sus, pendulul accelerează deoarece a devenit mai scurt (în ceea ce privește centrul său de greutate).
Această metodă de reglare este suficientă pentru majoritatea ceasurilor pentru a atinge valori bune ale ratei, dar nu cu ceasurile cu pendul de precizie. O altă invenție discretă este utilizată aici pentru a obține rezultate semnificativ mai bune ale mersului. Așa-numitul alergător Huygenschen sau placa de reglare fină. Este exact la mijloc între punctul de suspensie și centrul de greutate al pendulului pe tija pendulului - în această poziție efectul următoarei reglări fine este cel mai mare.
Dacă un pendul a fost deja reglat cât mai precis cu ajutorul piuliței de reglare, acesta ar trebui să se mențină oscilând cât mai lin posibil. Din contră, aceasta înseamnă că precizia pendulului oscilant trebuie/ar trebui îmbunătățită în continuare. Dacă doriți să faceți pendulul să se balanseze mai repede, adică să-l scurtați, greutăți mici trebuie așezate pe placa de reglare. În mod corespunzător, prin îndepărtarea greutăților care sunt deja pe placa de reglare, se obține exact opusul. Cu ajutorul acestui mic truc, se pot face cele mai fine schimbări de viteză pe pendulul oscilant.
Până în prezent ar trebui să fie bine în acest moment, dar subiectul pendulului în sine este atât de cuprinzător încât au fost scrise cărți întregi pe el.
Dacă sunteți încă interesat de o astfel de literatură, sunt recomandate următoarele cărți:
- Karl Giebel - Lucrări complete - ISBN: 978-3-941539-67-9
- Dipl.-Ing. Ludwig Lehotzky - Bazele tehnice ale ceasurilor mecanice - ISBN: 978-3-9809557-3-7
- Klaus Menny - Ceasul și funcția sa - ISBN: 978-3-86852-506-9
Aceste cărți și alte cărți interesante pot fi obținute de la: