MicroFoucault Nr. 26: Versuch und Irrtum und technische Daten. (Part 1)
Tagebuch der Versuche, ein kleines wildes Tier zu dressieren…
6. Mai 2024, erster Versuch:
Die Fadenführung ist ein Rubin aus einem Uhrenlager. Der obere Charron-Ring ist aus Bronze (Reibung, 6 mm), der untere aus Kupfer (Wirbelströme, 15 mm innen). Die Unruh ist eine Lagerkugel mit einem Gewicht von 261 Gramm. Das Ganze hat den Platz des MiniFoucault zwischen meiner Küche und dem Wohnzimmer eingenommen, was ihn sehr stört, mir aber den enormen Vorteil bietet, ihn ständig vor Augen zu haben.
Schwingt, aber dreht sich nicht, trotz all meiner Versuche, die Einstellungen zu ändern. Es ist nicht gelungen.
Versuche Nr. 2:
Änderung Nr. 1: Der obere Charron-Ring ist jetzt halb so groß und aus Bronze (Reibung, 3 mm)
Änderung Nr. 2: Der untere Charron-Ring ist aus Aluminium (Wirbelstrombremse, 25 mm)
Änderung Nr. 3, die Unruh. Es ist jetzt eine 700 g schwere Boule-Kugel, die von einem Magneten aufgehängt wird.
Änderung Nr. 4, Hinzufügen eines Zeigers, um störende Schwingungen zu verhindern.
Oszilliert, drehte sich einen Tag lang unregelmäßig, manchmal in die richtige Richtung, aber zu schnell, und blieb dann stehen. Ein halber Misserfolg.
Versuche Nr. 3:
Änderung Nr. 1, der untere Charron-Ring. Er ist jetzt aus Aluminium (Reibung: eine 2,5-Zoll-Silizium-Festplatte mit 20 mm Innenfläche auf einer anderen 3,5-Zoll-Aluminium-Festplatte mit 25 mm Innenfläche).
Schwingt, aber dreht sich nicht. Das war ein großer Misserfolg.
Versuch Nr. 4:
Änderung Nr. 5, die Aufhängung: ein Dorn anstelle der Clips.
Änderung Nr. 6, die Fadenführung: umgedreht (upside down) und neu eingestellt.
Änderung Nr. 7, der Charron-Ring: neu eingeklemmt und besser befestigt als vorher.
Änderung Nr. 8, die Befestigung der Kugel: kein Magnet und keine Nadel mehr, sondern mit einem Stift und einem Dorn befestigt.
Änderung Nr. 9: Der untere Magnet wird nun gegen eine 5-mm-Gewindestange gedrückt. Er kann also in der Höhe verstellt werden.
Änderung Nr. 10, der Antrieb: Konzentrische Ringe zur Zentrierung für Amplitudenmessungen.
Schwingt, dreht sich manchmal in die richtige Richtung und bleibt dann stehen. Das ist ein halber Misserfolg.
Alle meine Einstellungen sind perfekt, aber es funktioniert immer noch nicht: Ist das die Lehre des Plusquamperfekts?
Versuche Nr. 5
Änderung Nr. 11, Austausch der Unruh: Bleiguss, gedreht, gebohrt und kupferplattiert. (6 Stunden Elektrolyse!!!) Die Unruh ist nun amagnetisch, dreimal so schwer (2,171 kg) und hat einen tieferen Schwerpunkt.
Änderung Nr. 12: Die Länge wurde auf 12 Zentimeter erhöht.
Zustand der Bleibarren vor der Bearbeitung: Verschiedene Abfälle, die in einer Keramikschüssel geschmolzen wurden…
Funktionierte nach einigen Tagen des Einrichtens einige Stunden lang (schlecht), stoppte dann seine Umdrehung und schwankte 12 Stunden lang auf derselben Ebene, bevor der Faden riss.
Vollständiger Fehlschlag, aber unwichtig, da die Dinge interessant werden.
Versuche Nr. 6
Änderung Nr. 13, Änderung der Unruh, Austausch des gerissenen Fadens, Verkürzung und Neuauswuchtung. Anbringen einer Kaskade von Magneten.
Änderung Nr. 14, Anbringen eines Lineals, um die Höhe des Vorbaus, der Aufhängung und des Charron-Rings zu messen. Dies ist wichtig für die Einstellungen.
Änderung Nr. 15: Anbringen eines Prismas zur Kontrolle der Schwingungsrichtung. Ein wunderschönes Stück Optik, das seit 20 Jahren in meiner Werkstatt herumlag und viel genauer ist als ein Laserstrahl. Es ist überhaupt nicht schön, aber so praktisch! Von nun an müssen Sie nur noch fünf Minuten warten, um die Drehung des Pendels zu sehen und zu messen.
Änderung Nr. 16: Verkleinerung des unteren Charron-Rings (mit Wirbelströmen). Dies ist der Preis, den wir zahlen müssen, um weitere Fadenbrüche zu vermeiden. Hier stößt man an die Grenzen der Physik: Kann der Coriolis-Effekt bei einer Amplitude von 7,5 Millimetern noch wirken? Mein Traum ist es, eines Tages den oberen Charron-Ring (mechanisch, mit Reibung) zu entfernen und nur noch den unteren zu behalten.
Änderung Nr. 17: Die Länge wurde auf 10 Zentimeter erhöht.
Wieder ein Misserfolg…
Praktische Anmerkung zur Länge des Pendels. Sie lässt sich nicht mit einem Lineal messen, da man den Schwerpunkt des Pendels nicht genau kennen kann. Ich messe also die Zeit, die für eine Periode benötigt wird, und verwende dann die folgende Formel: T=4⋅√L:g⋅K(sin(θ:2)) , wobei k das vollständige elliptische Integral der ersten Art ist. Da ich nicht rechnen kann, werde ich hier einfach: https://www.123calculus.com/pendule-simple-page-8-20-455.html die Drecksarbeit für mich erledigen. Mein Pendel, das 0,732 Sekunden schlägt, misst also 13,3 Zentimeter. So weit, so gut.
…Nur wenn ich den Reibungsring von Charron um einen Millimeter nach unten bewege, schwingt das Pendel 2 Tausendstelsekunden schneller. Man kann sich also sicher sein, dass es sich um ein Doppelpendel handelt. Bis dahin ist alles in Ordnung. Wenn ich jedoch den unteren Charron-Ring (Foucaultsche Bremse) aus Kupfer heimlich entferne, erhöht sich die Amplitude um einen Millimeter und die Zeit beträgt 0,686 Sekunden, was der Länge eines Pendels von 11,7 Zentimetern entspricht.
Das bedeutet, dass auf dieser Ebene die kleinste Anpassung gigantische Auswirkungen hat und dass es reiner Zufall ist, wenn dieses Pendel jemals funktioniert.
Versuche Nr. 7
Änderung Nr. 18, Einbau von Seitenverstärkungen, um das Risiko einer seitlichen Verdrehung zu vermeiden. Nicht schön.
Änderung Nr. 19, Anbringen einer zweiten Justieroptik.
Änderung Nr. 20, Anbringen eines mechanischen Charron-Rings unter dem Pendel (zwei Festplatten), um störende Schwingungen zu vermeiden.
Funktionierte einige Stunden lang, bevor es zum Stillstand kam. War ein halber Fehlschlag.
Versuch Nr. 8
Änderung Nr. 21: Entfernung des mechanischen Charron-Rings unter dem Pendel.
Erratisches und unvorhersehbares Verhalten. Nicht bestanden.
10. August 2024, Änderung Nr. 22: Erhöhung des Charron-Rings um 0,5 Millimeter. Es funktioniert!
12. August: Eine Kamera mit kurzer Brennweite wird über dem Pendel angebracht. Empört beschließt er, die Diva zu spielen und mit dem Drehen aufzuhören: Er fängt an, seinen Namen zu verdienen…
13. August: Der Unbeugsame hat plötzlich beschlossen, dass er wieder drehen muss. Die Kamera wurde um 8:43 Uhr eingeschaltet.
14. August: 16.00 Uhr. Die Kamera wird gegen eine mit längerer Brennweite ausgetauscht. Der Unbeugsame läuft wie ein Uhrwerk.
15. August: Wir erhalten die ersten Daten zu den Umdrehungszeiten, die im Durchschnitt um 15% zu schnell sind. Die Umdrehungsgeschwindigkeiten sind je nach Position recht unterschiedlich, es bleibt nichts anderes übrig, als abzuwarten und kontinuierlich aufzuzeichnen: Tage, Wochen … Von nun an werde ich die Änderungen „im laufenden Betrieb“ vornehmen, um die Unterschiede festzustellen. Einige können die Umdrehung des Pendels stoppen, andere beschleunigen oder bremsen sie…
16. August: 16:30 Uhr: Der Charron-Ring bewegt sich um 1 mm nach oben, ohne das Pendel zu berühren. Zu schnelle Umdrehung des Pendels. (Drehung in 24 Stunden statt in 33 Stunden: 40% zu schnell)
19. August: 8.40 Uhr: Der Charron-Ring sinkt um 1 mm mit denselben Werten wie am 15. August. Die Zeit verzögert sich.
20. August: 9.00 Uhr: Der Charron-Ring wird um 3 mm angehoben, die Zeitanzeige wird zentriert und zurückgesetzt, die Aufnahmeintervalle werden geändert (3593000 Millisekunden statt 3600000 Millisekunden).
21. August: 8.00 Uhr. Sehr genaues Pendel bei einer halben Umdrehung. Muss in den nächsten Tagen bestätigt werden.
22. August: 9: 50 Uhr. Die Zeit für eine vollständige Umdrehung beträgt 32 Stunden: 5% zu schnell. E-xce-llent!
23. August: 12 Uhr. Alles ist in Ordnung. Anbringen einer Sonde, eines Timers und eines Computers, um jede Schwingung auf die Millionstelsekunde genau aufzuzeichnen.
24. August: 27% zu schnelle Revolution in den letzten zwei Tagen. Aufgrund meiner jahrelangen Erfahrung mit dem Bau von Foucaultschen Pendeln bin ich bei weitem der qualifizierteste Mensch, um zu sagen, dass ich nicht viel verstehe.
28. August 2024: Hier sind die Aufzeichnungen von 8 Tagen Rotation:
…wobei sich herausstellt, dass er insgesamt 8 volle Umdrehungen gemacht hat, die immer schneller werden: nacheinander 30, 28, 23, 25, um sich dann bei 20, 20, 20 und 20 Uhr zu stabilisieren.
Das ist interessant.
Ich führe hier ein häufig beobachtetes Phänomen an: das Einlaufen des Aufhängungsdrahts. Ich habe schon oft erlebt, dass Pendel, die einige Tage nicht funktionierten, ohne äußere Einwirkung von selbst anliefen. Der Rest ist spannend. In diesem Experiment geht es mir nicht darum, dass das Pendel optimal funktioniert, sondern ich provoziere alle möglichen Fehler, um zu lernen, wie man sie umgeht. So wird das, was hier gelernt wird, zum Verständnis des Ganzen beitragen.
Versuch Nr. 9
29. August 2024: 13 Uhr. Daten von einer Rotation werden empfangen.
Hier ist das Zeitdiagramm einer vollständigen Umdrehung der Indomtable, auf dem zu sehen ist, dass sie sich weiter beschleunigt hat: 19 Stunden für eine Umdrehung. Wir sehen auch, dass eine Umdrehung aus zwei halben Umdrehungen besteht, die im folgenden Schema dargestellt sind.
Beginn der Messung: 18 Uhr
Höhepunkt Nr. 1: 19 Uhr
Tiefpunkt Nr. 1: 23 Stunden
Spitze Nr. 1: 5 Stunden
Tiefpunkt Nr. 1: 8 Stunden
Daraus ergeben sich die folgenden geografischen Positionen:
In einer Tabellenkalkulation ergeben diese 3050 Daten die folgende sanfte Symmetrie:
Versuch 10
29. August: 14 Uhr: Der Charron-Ring wird um 1 Millimeter nach oben verschoben.
19 Uhr: Fehlschlag. Das Pendel hörte nach 5 Stunden auf, sich zu drehen. Verschiebung des Charron-Rings um 3 Millimeter nach unten.
Nicht bestanden. Das Pendel blieb mitten in der Nacht stehen. Der Charron-Ring wurde 2 Millimeter nach oben bewegt.
30. August: 12 Uhr. Alles scheint zu funktionieren. Bauen Sie eine neue Sonde für genauere Messungen und schließen Sie sie an den Computer an.
21 Uhr. Die Umdrehung des Pendels wird erneut gestoppt. Es ist nicht gelungen.
Versuch Nr. 11
31. August: Ich baue ein (fabelhaftes) Messgerät, mit dem ich Folgendes messen kann:
1) den Charron-Ring genau und direkt zu zentrieren,
2) den Elektromagneten und den Magneten genau und direkt zu zentrieren,
3) die beiden mithilfe eines einfachen Schalters sofort zu vergleichen,
4) mir die maximal mögliche Höhe des Charron-Rings zu nennen,
5) die Charron- und/oder Magnetperioden auf die Millionstelsekunde genau zu messen,
6) und mir so ersparen, Wochen oder Monate mit Ausprobieren und Näherungen zu verschwenden.
11 Uhr: Das Pendel wird gestartet. Stabilisierung des Laufs.
12 Uhr: Start der Kamera und der Messsoftware.
2. September: Hier ist die Grafik von zwei Tagen Umdrehungen. Man muss feststellen, dass sie sehr sauber ist.
Wenn ich die Daten einer kompletten Umdrehung nehme und sie in eine Tabellenkalkulation eintrage…
…und diese Grafik runde ich ab…
…kann ich daraus schließen, dass das Pendel am ersten Tag 28 % zu schnell gedreht hat und dass die Amplitudenspitzen genau dann auftreten, wenn das Pendel auf der Y-Achse schwingt. Ich werde das Pendel also noch ein paar Tage weiterschwingen lassen, um das Ganze zu bestätigen.
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