MicroFoucault n° 26: Ensayo y error y datos técnicos. (Parte 3)
11 de septiembre, medianoche. EX-CE-LLENT! 16 horas para una media revolución, o 32 horas para una revolución completa. 4% de error.
12 de septiembre: 13 horas, 29 horas para una revolución completa, es decir, un 14% más rápido de lo que debería ser en mi latitud (33h26).
Lanzamiento de una prueba de dos semanas de duración sin intervención externa.
Entre bastidores… La cámara y la Raspberry están arriba, y abajo está el PC con MicroSet grabando los datos.
15 de septiembre: Hizo su última revolución completa en 30 horas: un 10% demasiado rápido, pero mejorando bastante.
16 de septiembre: Hizo su última revolución en 30 horas: todavía un 10% demasiado rápido.
17 de septiembre: Realiza su última revolución en 32 horas: ¡sólo un 4% demasiado rápido!
18 de septiembre: última revolución en 32 horas: ¡excelente!
El gráfico de los cuatro días es muy interesante porque se ve que evoluciona con el paso de los días:
Se puede ver que la curva es cada vez más plana hasta el punto de que, si continúa así, debería volverse mucho más lineal y los tiempos de revolución pronto caerán por debajo del 10%. Estas curvas pueden parecer un poco anárquicas y fluctuantes, pero son una gran victoria para un péndulo de Foucault tan pequeño.
19 de septiembre: última revolución en 30 horas. Otro 10% demasiado rápido.
20 de septiembre: 30 horas.
21 de septiembre: 32 horas.
22 de septiembre: 30 horas.
Ejemplo de la firma de una revolución completa:
27 de septiembre: fin de la prueba después de 15 días:
…donde podemos ver que ha realizado 24 medias revoluciones, es decir, 12 revoluciones completas sobre 170 horas, lo que nos da una media de unas 29 horas (en lugar de 33). También podemos ver que la amplitud de la balanza se estabiliza gradualmente a medida que pasan los días. Aquí está el vídeo de estos 15 días de pruebas:
…donde se ve que este péndulo tenía un admirador oculto: ¡una araña que venía a mirarlo a medida que pasaban los días! Pero si anotamos las horas en las que el péndulo está a 0° (mediodía), obtenemos los siguientes periodos de media revolución:
Esto nos da una media redondeada de 14 horas 30 por media revolución, es decir, 29 horas por revolución: este micropéndulo gira demasiado rápido en un 15% durante 15 días de funcionamiento ininterrumpido.
Este resultado puede mejorarse fácilmente si se siguen afinando los ajustes para corregir el recorrido del péndulo entre -70° y -20°, punto en el que gira demasiado rápido. La precisión podría entonces caer por debajo del 10%. Pero hay que saber cuándo parar.
28 de septiembre de 2024: Es hora de poner fin a este experimento, porque ha durado 5 meses y ahora otros necesitan mi equipo de medición y mi tiempo. Voy a desmontarlo todo y a poner por fin en orden mi cocina y mi salón, y la araña tendrá que buscar otro nido, en el que ha estado anidando debajo del reloj todo este tiempo.
Lo indomable: la adquisición de datos .
¿Cómo se mide su rotación?
Una cámara RPI HQ está conectada a una Raspberry con Rasbian (Linux). El software de toma de imágenes es Allsky, que puede descargarse aquí: https://github.com/AllskyTeam/allsky. Es un software astronómico para tomar imágenes de asteroides, satélites, etc. Como es verano, lo he configurado como si estuviera en el Polo Sur, para que piense que es de noche todo el día… La cámara está programada para tomar una imagen de un segundo cada hora para hacer un time-lapse. Allsky es también un servidor de Internet que permite ver en directo la posición del péndulo desde cualquier pantalla. Un pequeño reflector está pegado al péndulo, dando lugar a la línea blanca de la foto. Todo ello está iluminado por un único LED y completamente aislado detrás de una tela negra. Luego insertaré una escala graduada en el time-lapse para seguir la posición exacta del péndulo hora a hora durante todo el experimento, que podría durar un mes.
¿Cómo se mide el periodo de oscilación del péndulo?
En un caso, es el contacto del alambre contra el anillo Charron lo que dispara el temporizador, un controlador MicroSet. Éste registra cada oscilación con una precisión de una millonésima de segundo. Como la amplitud del péndulo no es la misma en función de su posición, que cambia constantemente, el gráfico mostrará una curva recurrente que se encuentra en cada media rotación. Esta es la firma del péndulo, que es completamente diferente para cada uno. De este modo, podemos medir el tiempo de rotación del péndulo y su posición en cada momento. Sobre todo, este sistema permite medir el centrado del anillo Charron.
La imagen siguiente muestra 24 horas de la vida del MicroFoucault. Cada pico muestra una revolución del péndulo. (Las líneas que cruzan el gráfico no cuentan: son sólo malos contactos del anillo de Charron)
De ello se deduce
- Que ha girado en 24 horas,
- que los picos se producen cuando el péndulo está en el eje X,
- que los baches ocurren cuando el péndulo está en el eje Y.
En el otro caso, utilizo el impulso dado por el electroimán para activar el temporizador. Esta fórmula es mucho más precisa que el contacto eléctrico del anillo de Charron.
¿Por qué todas estas mediciones requieren tanto tiempo?
Porque cada ajuste tiene que esperar 17 horas, media rotación en mi latitud, antes de que se validen sus datos.
Es el precio que hay que pagar. Y cualquier experimento científico debe ser reproducible. Eso nos da un mínimo de 34 horas.
Pero si quisiéramos ser honestos, tendríamos que rehacer cada experimento a la inversa para volver a los datos originales: 34 horas, más 17 para confirmar la modificación: 51 horas…
Y si quisiéramos ser totalmente honestos, haríamos el experimento con una rotación completa para confirmar la media rotación. Eso nos da 102 horas….
En pocas palabras: 4 días para saber de qué estamos hablando después de la más mínima modificación. Multiplíquelo por el número de modificaciones, y ya no hablamos de días, ¡sino de meses!
¿Cómo se centran el anillo Charron y el electroimán?
Ambos se centran mediante 4 tornillos colocados en forma de X alrededor del anillo Charron, por un lado, y alrededor del electroimán, por otro. A menudo se intenta medir con una regla, pero esto es más un ejercicio de bricolaje que otra cosa. Aquí está la forma absoluta de ser justos: un cronómetro que mida cada oscilación a la millonésima de segundo. En mi caso, utilizo un cronómetro MicroSet.
Si observas atentamente el gráfico siguiente, verás que antes del ajuste 1, cada medición es más corta que la otra. El ajuste 2 afina el resultado final.
Empiece siempre con el anillo Charron, tan difícil de ajustar, y termine con el electroimán. Deje pasar entre medio día y un día entero de ajuste antes de estar satisfecho con su trabajo.
