MicroFoucault Nr. 26: Versuch und Irrtum und technische Daten. (Part 3)
11. September, Mitternacht. EX-CE-LLENT! 16 Stunden für eine halbe Umdrehung, 32 Stunden für eine ganze Umdrehung. 4% Fehler.
12. September: 13 Uhr, 29 Stunden für eine volle Umdrehung, 14% schneller als in meinem Breitengrad (33:26 Uhr).
Start eines zweiwöchigen Langzeittests ohne jeglichen externen Eingriff.
Die Hintergründe der Heldentat… Die Kamera und der Raspberry sind oben, und unten befindet sich der PC mit MicroSet, der die Daten aufzeichnet.
15. September: Hat seine letzte vollständige Revolution in 30 Stunden durchgeführt: 10% zu schnell, aber es wird langsam besser.
16. September: Führte seine letzte Revolution in 30 Stunden durch: immer noch 10% zu schnell.
17. September: Führte seine letzte Revolution in 32 Stunden durch: nur 4% zu schnell!
18. September: Letzte Umdrehung in 32 Stunden: Ausgezeichnet!
Das Vier-Tage-Diagramm ist äußerst interessant, da man sehen kann, dass es sich im Laufe der Tage verändert:
Man kann sehen, dass die Kurve immer flacher wird, so dass sie, wenn sie so weitergeht, viel linearer werden und die Umdrehungszeiten bald unter 10% fallen sollten. Diese Kurven mögen zwar etwas anarchisch und schwankend erscheinen, aber sie sind ein riesiger Sieg für ein so winziges Foucaultsches Pendel.
19. September: Letzte Revolution in 30 Stunden. Wieder 10% zu schnell.
20. September: 30 Stunden.
21. September: 32 Stunden.
22. September: 30 Stunden.
Beispiel für die Unterzeichnung einer vollständigen Umdrehung:
27. September: Ende des Tests nach 15 Tagen:
…wo man sehen kann, dass sie 24 halbe Umdrehungen gemacht hat, d. h. 12 volle Umdrehungen in 170 Stunden, was uns im Durchschnitt etwa 29 Stunden (statt 33) gibt. Man sieht auch, dass sich die Amplitude der Unruh im Laufe der Tage allmählich stabilisiert. Hier ist das Video von den 15 Testtagen:
…wo man sehen kann, dass dieses Pendel eine heimliche Verehrerin hat: eine Spinne, die es im Laufe der Tage immer wieder anschaut! Wenn wir die Stunden notieren, in denen das Pendel auf 0° (Mittag) steht, erhalten wir die folgenden halben Umdrehungsperioden:
Dies ergibt einen gerundeten Durchschnitt von 14,5 Stunden pro Halbumdrehung, d. h. 29 Stunden pro Umdrehung: Dieses Mikropendel schlägt 15 % zu schnell um, wenn es 15 Tage lang ununterbrochen in Betrieb ist.
Dieses Ergebnis kann sehr leicht verbessert werden, indem man die Einstellungen weiter verfeinert, um den Pendelweg zwischen -70° und -20° zu korrigieren, wo das Pendel zu schnell schlägt. Auf diese Weise könnte die Genauigkeit auf unter 10 % sinken. Aber man muss auch mal aufhören.
28. September 2024: Es ist an der Zeit, dieses Experiment zu beenden, denn es hat fünf Monate gedauert und andere brauchen jetzt meine Messgeräte und meine Zeit. Ich werde alles auseinandernehmen, um meine Küche und mein Wohnzimmer wieder in Ordnung zu bringen, und die Spinne muss sich ein neues Nest suchen, da sie die ganze Zeit unter dem Pendel nistete.
Der Unbeugsame: Datenerfassung.
Wie wird seine Rotation gemessen?
Eine RPI HQ-Kamera ist an einen Raspberry angeschlossen, auf dem Rasbian (Linux) läuft. Die Aufnahmesoftware ist Allsky, die Sie hier herunterladen können: https://github.com/AllskyTeam/allsky. Es ist eine astronomische Software, die Aufnahmen von Asteroiden, Satelliten usw. macht. Da es Sommer ist, habe ich die Software so eingestellt, als wäre er am Südpol, damit er denkt, dass es den ganzen Tag dunkel ist… Die Kamera ist so getaktet, dass jede Stunde ein Bild von einer Sekunde aufgenommen wird, um eine Zeitrafferaufnahme zu machen. Allsky ist auch ein Internetserver, der es ermöglicht, die Position des Pendels von jedem Bildschirm aus live zu sehen. Ein kleiner Rückstrahler wird auf das Pendel geklebt, wodurch der weiße Strich auf dem Foto entsteht. Das Ganze wird von einer einzigen LED beleuchtet und ist hinter schwarzen Tüchern vollständig isoliert. Ich werde dann eine Messlatte in den Zeitraffer einfügen, um die genaue Position des Pendels während der gesamten Dauer des Experiments, das einen Monat dauern könnte, Stunde für Stunde zu bestimmen.
Wie wird die Schwingungsdauer des Pendels gemessen?
In einem Fall wird der Zeitgeber, ein MicroSet-Controller, durch den Kontakt des Drahtes mit dem Charron-Ring ausgelöst. Er registriert jede Schwingung mit einer Genauigkeit von einer Millionstel Sekunde. Da die Amplitude des Pendels je nach seiner Position, die sich ständig ändert, nicht dieselbe ist, zeigt die Grafik eine wiederkehrende Kurve an, die man bei jeder halben Umdrehung wiederfindet. Das ist die Signatur des Pendels, die bei jedem Menschen völlig unterschiedlich ist. Auf diese Weise kann man die Rotationszeit des Pendels und seine Position zu jedem gegebenen Zeitpunkt messen. Dieses System kann vor allem die Zentrierung des Charron-Rings messen.
Das Bild unten zeigt 24 Stunden im Leben des MicroFoucault. Jede Spitze zeigt eine Umdrehung des Pendels. (Die Striche, die die Grafik überqueren, zählen nicht: Sie sind nur schlechte Kontakte des Charron-Rings)
Daraus können wir schließen:
- Dass es sich in 24 Stunden gedreht hat,
- dass die Spitzen auftreten, wenn das Pendel auf der X-Achse steht,
- dass die Beulen auftreten, wenn sich das Pendel auf der Y-Achse befindet.
Im anderen Fall hole ich den Impuls ab, den der Elektromagnet gibt, um den Timer auszulösen. Diese Formel ist viel genauer als der elektrische Kontakt des Charron-Rings.
Warum sind all diese Messungen so zeitaufwendig?
Weil jede Einstellung 17 Stunden, eine halbe Umdrehung in meinem Breitengrad, warten muss, bevor ihre Daten bestätigt werden.
Das ist der Preis, den wir zahlen müssen. Nun muss aber jedes wissenschaftliche Experiment reproduzierbar sein. Das heißt, wir haben mindestens 34 Stunden.
Aber wenn wir ehrlich sind, müssten wir jedes Experiment rückwärts durchführen, um zu den ursprünglichen Daten zurückzukehren: 34 Stunden, plus 17 Stunden, um die Änderung zu bestätigen: 51 Stunden…
Und wenn wir ganz ehrlich sein wollten, müssten wir das Experiment mit einer vollen Rotation durchführen, um die halbe Rotation zu bestätigen. Das ergibt 102 Stunden….
Kurz gesagt: 4 Tage, um zu wissen, wovon man spricht, wenn man nur die kleinste Einstellung vorgenommen hat. Multiplizieren Sie das mit der Anzahl der Änderungen, dann sprechen wir nicht mehr von Tagen, sondern von Monaten!
Wie zentriert man den Charron-Ring und den Elektromagneten?
Die beiden Zentrierungen werden durch vier Schrauben erreicht, die in X-Form um den Charron-Ring und den Elektromagneten angebracht sind. Rüpel versuchen oft, mit einem Lineal zu messen, aber das ist mehr eine Bastelei als alles andere. Der absolute Weg, um richtig zu sein, ist eine Stoppuhr, die jede Schwingung auf die Millionstelsekunde genau misst. In meinem Fall verwende ich einen MicroSet-Timer.
Wenn Sie sich die unten stehende Grafik genau ansehen, sehen Sie, dass vor Einstellung 1 jede zweite Messung kürzer ist als die andere. Einstellung 2 verfeinert das Endergebnis.
Beginnen Sie immer mit dem Charron-Ring, der so viel schwieriger einzustellen ist, und enden Sie mit dem Elektromagneten. Rechnen Sie mit einem guten halben bis ganzen Tag für die Einstellungen, bevor Sie mit der Arbeit zufrieden sind.
