Пестолин (технический)

Маятник Фуко легко сделать, только если его длина превышает 2 метра. Но мой маятник должен иметь баланс в 1 метр, чтобы показывать секунды. Немногие в мире смогли сделать небольшие маятники, которые бы удовлетворительно работали. Здесь я должен упомянуть первопроходцев Хайма Круглака и Стэнли Стила в 1984 году и Ричарда Крейна в 1981 году. Две основные проблемы с маленькими маятниками — это подвес и прецессия эллиптичности. Проблема подвеса, безусловно, самая важная, поскольку он должен быть идеальным, иначе маятник будет качаться только в той плоскости, в которой ему легче всего. Другое решение — отлить проволоку из металла. Но температура плавления часто разрушает характеристики стальной проволоки для подвеса. Более распространенный способ подвеса — пропустить проволоку через прецизионную оправку. Однако и в этом случае маятник выбирает предпочтительное положение и стабилизируется в плоскости. Все коммерческие патроны имеют незначительные дефекты. Ричард Крейн прогонял свой патрон через токарный станок, чтобы отполировать губки очень мелким абразивом. Только так маятник мог работать. Другая проблема — как устранить прецессию эллиптичности. Это явление проявляется только в маленьких маятниках и становится тем сильнее, чем они короче. Этот нежелательный эффект можно несколько уменьшить, вставив в верхнюю десятую часть длины маятника идеально обработанное и отполированное кольцо Шаррона.

Итак, перед нами первый прототип, который действительно работал, и который должен был послужить испытательным стендом для создания остальных. После завершения всех испытаний ему также было суждено закончить свои дни на моей кухне. Потому что дома у меня не было часов…..

Кронштейн выполняет три функции: поддерживает маятник, очень точно (до сотых долей миллиметра) направляет проволоку маятника и позволяет регулировать длину маятника даже во время его движения. Эта функция почти никогда не встречается в часах, но в будущем она должна оказаться очень полезной. Я отказался от идеи использования патрона, потому что его было слишком сложно изготовить при моих ограниченных ресурсах, и он не позволял регулировать длину маятника после того, как он был зажат. Вместо того чтобы быть зажатой между губками, стальная проволока (0,18 мм) проходит через отверстие в сапфире, огибает колесо и опускается вниз, чтобы быть зажатой в нижней части. Регулировочный винт изгибает проволоку после колеса и таким образом влияет на высоту баланса. При желании я могу даже добавить биметаллическую температурную компенсацию.

Теперь давайте посмотрим, что отличает этот маятник от всех остальных, которые были сделаны до сих пор, а именно то, что он также служит часами. Насколько мне известно, только один человек когда-либо пытался сделать это: Х. Ричард Крейн (Мичиганский университет). Время отсчитывалось по прохождению маятника по градуированному кругу в нижней части. Но его маятник нельзя было считать настоящими часами в том смысле, что ему требовалась внешняя временная база — таймер, который заставлял маятник прекращать вращение на 6 часов в день. Мой же, напротив, должен делать все сразу: и настоящие часы, и маятник Фуко. С этого момента поднимаемые проблемы становятся очень интересными. Например, как обеспечить температурную компенсацию маятника, учитывая, что мне нельзя использовать инвар (поскольку инвар магнитный, маятник быстро превратится в компас)? Или как я смогу определять время с помощью маятника, учитывая, что его градуировка несовместима с 24 часами?

Многие люди до сих пор считают, что маятник Фуко вращается вокруг себя каждые 24 часа. Это верно только для Северного полюса по часовой стрелке и Южного полюса против часовой стрелки. Чем ниже широта, тем медленнее он вращается. В Париже это 32 часа. Там, где я живу, в Сьоне (Швейцария), — 33 часа 26 минут. На экваторе время вращения теоретически бесконечно. Крейн останавливал вращение балансового колеса на 6 часов в сутки (между полуночью и 6 часами утра) с помощью дополнительного электромагнита, управляемого часами.

Несколько фактов.
Маятник приводится в движение электромагнитом каждый раз, когда он обнаруживает прохождение колеса баланса. Почти все детали выполнены из латуни, чтобы исключить проблемы с магнетизмом. Индикация времени на циферблате (часы, минуты и секунды) и индикация времени на конце балансового колеса. Диск в верхней трети используется для остановки падения баланса в случае обрыва проволоки.

Для стабилизации амплитуды используется еще одно открытие Леона Фуко — тормоз. Это немагнитное градуированное кольцо очень точных размеров, расположенное в конце хода балансового колеса. Прохождение магнита вызывает индуцированные токи, известные как «токи Фуко», которые тормозят его при каждом колебании.

Катание на американских горках: таков был результат первого испытания Pestoline. Этот тест был проведен в моей мастерской, когда высота баланса не была установлена, кольцо Шаррона не было отцентрировано, и я весь день работал вокруг него. Тем не менее, мы можем обнаружить довольно много интересных явлений. На этом документе, охватывающем два дня, мы видим, что циклические возмущения повторяются три раза. Разделив количество дней, охватываемых этим графиком, на количество циклов, мы получим цифру 16,5: именно столько часов требуется маятнику, чтобы совершить половину оборота вокруг себя. Это дает нам 33 часа для полного оборота, с погрешностью в 1%. (Эту цифру следует воспринимать с долей соли: Обычно я провожу измерения от недели до месяца, чтобы получить действительно точные результаты)

Возмущения, которые мы видим, исходят от кольца Шаррона. Оно еще не совсем отцентрировано, и на нем видны некоторые дефекты обработки. Я повторил тот же тест без кольца Шаррона: линия была идеально ровной, но ход маятника был эллиптическим, и вихревой эффект был едва различим.

После нескольких регулировок, центрирования и балансировки вот что показал компьютер:

На этом графике видно, что Пестолайн продвигается вперед на 7,8 секунды в день, что можно легко скорректировать, немного опустив маятник. Но это еще не все: последовательность пиков (каждый из которых означает один оборот маятника) стала более четкой. Мы также можем видеть повторяющиеся возмущения в нижней части кривой, которые доказывают, что в проволоке или подвесе все еще присутствует механическая анизотропия. Таким образом, эти часы служат испытательным стендом для совершенствования следующих. Потому что выбор, который необходимо сделать с часами этого типа, заключается не в точности времени и не в эффекте Фуко. Компания Pestoline доказала, что и в том, и в другом случае можно добиться хороших результатов.

(Июль 2003) Пестолайн получил первый приз в категории «изобретательность» на конкурсе Kinetic Art Organization
Этот всемирный конкурс награждает произведения кинетического искусства.

Те, у кого есть программное обеспечение MicroSet Брайана Мамфорда, могут загрузить его по запросу. Это позволит им выяснить, что происходит за миллионную долю секунды в сердце маятника Фуко, влияние возмущений, вызванных воздушными потоками, паразитными колебаниями и т. д. Данный образец рассчитан на 5 дней тестирования.