Маятник Фуко / Браве. Пробы и ошибки и результаты.

Bravais n°1: ноябрь 2004 г:

Друг рассказал мне об эксперименте с коническим маятником, который Браве провел 150 лет назад, сказав, что я должен изучить его, поскольку он был проведен только однажды самим Браве и никто не смог его воспроизвести. Все было просто: конический маятник, помещенный на один из полюсов Земли, не может вращаться с одинаковой скоростью в обе стороны из-за вращения Земли. Я решил сделать такой маятник в своей мастерской, эмпирическим путем и без каких-либо документов. Интуитивно я думал, что он будет вращаться быстрее против часовой стрелки, потому что Земля вращается в этом направлении в северном полушарии (исходя из принципа, что человек, идущий в направлении движущегося поезда, идет быстрее, чем тот, кто сидит или движется задом наперед)

Вся информация ниже, как обычно, дана для того, чтобы любой, кто попробует провести такой же эксперимент, мог извлечь пользу из моих ошибок, не повторяя их…

Статор из трех электромагнитов, расположенных треугольником. Крепится к стене. Стальная проволока 0,24 мм. Рубиновая направляющая для проволоки. Измерения выполнены с помощью лазерного луча.

Результат, когда маятник совершает 20 оборотов против часовой стрелки (CCW):

Среднее время полуоборота составляет 0,9131412 секунды, т.е. 1,8262824 секунды.

Результат, когда тот же маятник вращается 12 часов по часовой стрелке (CW):

Здесь мы видим, что среднее значение времени полуоборота составляет 0,9130998 секунды, или 1,8261996.

Разница между ними составляет 0,0000828 секунды.

Поскольку в то время я считал, что конический маятник должен вращаться быстрее, если он вращается в том же направлении, что и Земля, я расценил этот эксперимент как неудачный.

Все остальные тесты показали те же результаты, поэтому я сказал себе, что мой маятник был плохо сконструирован. Потом родился мой сын, и я отложил эксперимент, чтобы заняться более важными делами.

Сентябрь 2023 года: Bravais n°2

Вернемся к эксперименту, поскольку я ненавижу незаконченные проекты.

Статор сделан из трех электромагнитов, расположенных в треугольнике и регулируемых по расстоянию между ними. Карданный подвес взят с лазерного уровня, к которому прикреплена проволока диаметром 1 мм. Измерения сделаны с помощью лазерного луча. Главное, чему меня научил этот прототип, — это то, как сложно построить такое движительное устройство, вызывающее нежелательные эллиптические колебания.

Поскольку результаты остались более или менее теми же, я снова подверг критике качество своего прототипа и счел необходимым увеличить количество движителей.

Октябрь 2023 года: Bravais n°3

Результат при вращении маятника против часовой стрелки (CCW):

Где мы видим, что среднее время полуоборота составляет 1,397278 секунды, или 2,794556 секунды.

Результат, когда маятник вращается по часовой стрелке (CW):

Где мы видим, что среднее количество полуоборотов составляет 1,397253 секунды, или 2,794506 секунды.

Разница составляет 0,00005 секунды, против часовой стрелки маятник вращается медленнее. Это совсем не то, на что я рассчитывал: прежде всего, этот эксперимент показал, что мой прототип нуждается в доработке.

Февраль 2024 года: Фуко № 24 / Браве № 4

Маятник Фуко / часы с коническим маятником.

Статор изготовлен из девяти электромагнитов, расположенных по кругу и регулируемых по расстоянию между ними. Измерения выполнены с помощью лазерного луча. Подвешен на проволоке.

Это была плохая идея, так как эксперимент оказался фиктивным. Обе системы работают, но непрактичны, если вы хотите, чтобы они сосуществовали, поскольку для того, чтобы маятник Браве вращался, нужно заводить кольцо Шаррона. Поэтому их приходится разбирать, чтобы сделать два отдельных объекта.

Сентябрь 2024 года: Bravais n°5

Прототип установлен на кардане с лазерным уровнем и пропеллером с 9 катушками, установленным по кругу. Не удалось.

Октябрь 2024 года:(Мини)Bravais n°6

50-сантиметровый маятник, 5-килограммовый оловянно-свинцовый маятник, подвешенный на игольчатом карданном шарнире. Пропеллер установлен вверх/вниз: электромагнит расположен под маятником, а магниты закреплены внизу. Работает недостаточно эффективно для такого рода экспериментов, так как после некоторого времени использования имеет тенденцию систематически делать эллипс.

Октябрь 2024 года: Bravais n°7

Это постепенно привело меня к седьмому прототипу: 9 звездообразных движителей, самодельный карданный подвес (фото), 3,20 метра инварной проволоки, алюминиевая плита (поворотный стол Thorens TD160) с регулировкой уровня до сотых долей миллиметра, латунные весы весом 2 килограмма. Лазерные измерения, 2 образца за оборот, луч обрезается дважды за оборот.

вот первый результат:

Эврика. Вот, наконец, доказательство того, что моя интуиция была ошибочной и что мои конические маятники работают идеально!

На этом графике видно, что маятник вращается против часовой стрелки в течение 12 часов (левая сторона изображения), затем я бросаю его в другую сторону (возмущение в центре), после чего он стабилизируется и вращается быстрее по часовой стрелке в течение еще 12 часов. Волнообразные движения вызваны постоянным и повторяющимся эллиптическим эффектом, возмущающим маятник, но учитывается только их среднее значение.

Ниже приведены данные для маятника, вращающегося против часовой стрелки в течение 20 часов:

Среднее количество полуоборотов против часовой стрелки: 1,757722 секунды

А теперь данные для маятника, вращающегося по часовой стрелке 18,7 часа:

Средние часовые полуобороты: 1,757608 секунды

Наблюдение 16 октября:

Средние обороты против часовой стрелки: 1,757722 X 2 = 3,515444 секунды

Средние обороты против часовой стрелки: 1,757608 X 2 = 3,515216 секунды

Среднее значение оборотов по часовой и против часовой стрелки: 3,515330 секунды. Это время, которое потребуется моему маятнику, чтобы совершить один оборот на экваторе в любом направлении.

Разница между оборотами против и по часовой стрелке: 0,000228 секунды.

Процентная разница между оборотом на моей широте и на экваторе: 99,9967572 %

Это дает разницу во времени в 5,6 секунды в день на моей широте, которая совершает оборот против часовой стрелки и по часовой стрелке. Это измерение, не зависящее от длины балансового колеса, конечно же, должно быть подтверждено дальнейшими экспериментами.

Наконец-то пришло время для создания комбо Фуко/Браве.

Ноябрь 2024 года: Комбо Фуко (№ 28) / Браве (№ 8)

Один маятник, два эксперимента.

Разработка и изготовление подвижного кольца, устраняющего эллиптический эффект короткого маятника Фуко. Это не кольцо Шаррона, а самоцентрирующееся плавающее кольцо: оно состоит из двух дисков с разными внутренними диаметрами, помещенных под маятник и свободно перемещающихся во всех направлениях. В конце каждого колебания магнит прижимается к меньшему кольцу, каждый раз сдвигая его на десятую долю миллиметра. В результате кольцо всегда идеально отцентрировано, эллиптический эффект гасится, а сама система гораздо точнее, чем кольцо Шаррона.

Печать узла движителя с 9 катушками, расположенными по кругу для Bravais и центральной катушкой для Foucault (фото сделано, когда он вышел из 3D-принтера), а также блока, позволяющего выбирать функцию ‘Foucault’ / ‘Bravais’ с помощью простого переключателя.

1 ноября 2024 года: запуск тестов версии ‘Foucault’, которые займут 2 недели.

Первые результаты: вот временная сигнатура маятника Фуко за 6,7 дней:

…здесь хорошо видна разница с другими моими маятниками Фуко: больше нет повторяющихся колебаний, которые раньше показывали положение маятника. Колебания, которые мы видим здесь, вызваны плавающим кольцом. С точки зрения гороскопа они аберрантны, но для хода маятника Фуко они полезны.

Вот видеозапись маятника Фуко:

Если мы разберем этот фильм кадр за кадром, то увидим, что время 20 полуоборотов составляет 16, 17, 16, 17, 17, 16, 16, 17, 16, 16, 17, 16, 16, 17, 16, 17, 16, 16, 17, 16, 17, 16, 16 и 17 часов.

Таким образом, время 10 полных оборотов составляет 33, 33, 33, 33, 33, 32, 33, 32, 33 и 33 часа.

Общее время этих 10 оборотов составляет 328 часов

Таким образом, среднее время 10 оборотов маятника Фуко составляет 32,8 часа. На моей широте это должно было занять 33,13 часа. Таким образом, за 16 дней маятник повернулся на 1% быстрее.

Короче говоря, это самый точный из всех моих маятников Фуко: он указывает мою широту с ошибкой в 70 километров к северу.

17 ноября 2024 года:

Испытание № 1: маятник Фуко останавливается, и запускается маятник Браве, сохраняя тот же самоцентрирующийся плавающий диск.

24 ноября 2024 года: Выводы

Результаты новых испытаний подтверждают октябрьские. График совершенно другой из-за плавающего кольца, но результат тот же: маятник вращается быстрее по часовой стрелке, чем против нее.

Вот средние значения за 18 часов для маятника, вращающегося против часовой стрелки:

И средние 24-часовые значения для маятника, вращающегося по часовой стрелке:

Из этого можно сделать вывод, что:

Среднее значение для маятника, вращающегося против часовой стрелки, составляет 1,772608 секунды на половину оборота, то есть 3,545216 секунды на оборот.

Среднее значение маятника, вращающегося по часовой стрелке, равно 1,772498 секунды на половину оборота, то есть 3,544996 секунды на оборот.

Разница между ними составляет 0,000220

Тест 2: запустите часы Bravais в тех же условиях для подтверждения, сначала против часовой стрелки на 24 часа, затем по часовой стрелке на 24 часа. При этом сохраняется тот же самоцентрирующийся плавающий диск.

27 ноября 2024 г

Результат броска маятника вперед-назад в течение 20 часов. Важное замечание: шел снег, и мой маятник, прикрепленный к балке крыши, немного опустился из-за веса снега: поэтому время вращения значительно отличается от времени вращения в тесте № 1

Вот средние значения за 10 часов для маятника, вращающегося против часовой стрелки:

И 9-часовые для маятника, вращающегося по часовой стрелке:

Из чего мы можем сделать вывод, что:

Среднее значение маятника, вращающегося против часовой стрелки, составляет 1,7726269 секунды за пол-оборота, или 3,5452538 секунды за оборот.

Среднее значение маятника, вращающегося по часовой стрелке, составляет 1,7725676 секунды на половину оборота, или 3,5451352 секунды на оборот.

Разница между ними составляет 0,0001186

Среднее значение между двумя направлениями вращения составляет 3,5451925 секунды. Это время, которое потребуется моему маятнику, чтобы сделать один оборот на экваторе в любом направлении.

Среднее значение между оборотами против часовой стрелки (CCW) и по часовой стрелке (CW): 0,0000593 секунды.

Это 50 миллионных долей секунды от результата теста № 1.

3 декабря 2024 года.

Тест 3: Браве запускается в тех же условиях, сначала против часовой стрелки на 18,6 часа, затем по часовой стрелке на 19,2 часа. Всегда сохраняется один и тот же самоцентрирующийся плавающий диск. Изменилась только температура.

Вот средние значения для маятника, вращающегося против часовой стрелки:

И для маятника, вращающегося по часовой стрелке:

Из этого можно сделать вывод, что:

Среднее значение для маятника, вращающегося против часовой стрелки, составляет 1,772803 секунды на половину оборота, то есть 3,545606 секунды на оборот.

Среднее значение маятника, вращающегося по часовой стрелке, составляет 1,772721 секунды на половину оборота, или 3,545442 секунды на оборот.

Разница между ними составляет 0,000164

Среднее значение между двумя направлениями вращения составляет 3,545524 секунды. Это время, которое потребуется моему маятнику, чтобы сделать один оборот на экваторе в любом направлении.

Среднее значение между оборотами против часовой стрелки (CCW) и по часовой стрелке (CW): 0,00016 секунды.

8 декабря 2024 г

7-е испытание:

Все вышеописанные эксперименты проводились при включенном движителе и маятнике, пасущемся на самоцентрирующемся плавающем кольце.

Для того чтобы эксперимент был действительно чистым, необходимо, чтобы подруливающее устройство использовалось только для поддержания постоянного амплитудного вращения маятника без эксцентриситета, а затем отключалось, чтобы маятник вращался только за счет своей инерции.

Это должно дать ответ на три вопроса:

A: Каково деструктивное влияние подруливающего устройства и самоцентрирующегося плавающего кольца на ход маятника?

B: Каков ход маятника в прямом и обратном направлениях при выключенном движителе?

C: В чем разница между ходом поддерживаемого и свободного маятников?

Вот три броска против часовой стрелки, за которыми следуют три отключения питания подруливающего устройства.

…где хорошо видно, что поддерживаемый маятник, пасущий самоцентрирующееся плавающее кольцо, вращается в среднем со скоростью 1,772804 секунды за пол-оборота, или 3,545615 секунды за оборот. Однако после освобождения его курс становится более медленным и очень стабильным, сохраняя среднее значение 1,773315 секунды на пол-оборота, или 3,546630 секунды на оборот.

Вот три запуска по часовой стрелке, за которыми последовали три отключения питания движителя.

…где мы видим, что удерживаемый маятник, пасущийся на самоцентрирующемся плавающем кольце, теперь вращается со средней скоростью 1,772757 секунды на полуоборот, или 3,545514 секунды на оборот. С другой стороны, после освобождения его курс становится более медленным и очень стабильным, сохраняя среднее значение 1,773257 секунды на пол-оборота, или 3,546514 секунды на оборот.

Вывод:

Маятник с приводом вращается за 3,545615 секунды против часовой стрелки и 3,545514 секунды по часовой стрелке, что составляет разницу в 0,00010 секунды.

Инерционный маятник вращается за 3,546630 секунды против часовой стрелки и 3,546514 секунды по часовой стрелке, разница составляет 0,00011 секунды.

Маятник с приводом быстрее, менее точен, но может испытываться в течение очень длительных периодов времени. Инерционный маятник медленнее, точнее, но его можно испытывать не более получаса, прежде чем он сформирует эллипс.

Оба прибора демонстрируют вращение Земли.

21 декабря 2024 года, 8-е испытание.

«Враг — эллипс

Ход конического маятника неизбежно заканчивается эллипсом, искажающим все измерения. Поэтому Браве сделал страницы математических поправок, чтобы исправить этот эллиптический эффект и таким образом получить пригодный для использования результат. Вместо этого я выбрал круговое ограничение движения маятника, который таким образом ускоряется на тысячную долю секунды за оборот в обоих направлениях.

Поэтому 8-е испытание было проведено в автоматическом режиме: маятник приводится в движение в течение 5 часов, питание отключается на 10 минут, затем маятник снова приводится в движение еще на 5 часов, затем питание отключается на 10 минут… и так в течение 8 дней. Приводимый в движение маятник гарантирует стабильные обороты, без какого-либо эллиптического эффекта. При отключении питания он продолжает свой ход в течение десяти минут только за счет своей инерции.

Автоматический режим позволяет проводить измерения без постороннего вмешательства в течение неограниченного количества оборотов по часовой стрелке или против нее.

Результат: инерционный маятник вращается за 3,546592 секунды против часовой стрелки и 3,546436 секунды по часовой стрелке, разница составляет 0,00015 секунды.

Вывод по результатам 8 опытов: обороты маятника всегда медленнее против часовой стрелки и быстрее по часовой стрелке, что подтверждает гипотезу, выдвинутую Браве в 1851 году.

Разница между оборотами против часовой стрелки (CCW) и по часовой стрелке (CW) в ходе 8 экспериментов быласледующей:

2 ноября 2004 года, с маятником 0,83 м: 0,00008 секунды

21 октября 2023 года, с маятником 1,93 метра: 0,00005 секунды

16 октября 2024 года, с 3,06-метровым маятником: 0,00022 секунды

7 ноября 2024 года, с 3,12-метровым маятником: 0,00022 секунды

27 ноября 2024 года с 3,12-метровым маятником: 0,00011 секунды

3 декабря 2024 года, с 3,12-метровым маятником: 0,00016 секунды

8 декабря 2024 года с 3,12-метровым маятником: 0,00010 секунды (с питанием), 0,00011 секунды (инерционные).

21 декабря 2024 года: 3,12-метровый маятник: 0,00015 секунды (инерционный).

Подвесы Фуко/Браве 28/8 (точечный), 29/9 (проволочный) и 30/10 (карданный):