MicroFoucault n° 26: Пробы и ошибки и технические данные. (Часть 1)

Дневник попыток дрессировки маленького дикого животного…

6 мая 2024 года, первая попытка:

Проводником служат часы с рубином. Верхнее кольцо Шаррона сделано из бронзы (трение, 6 мм), нижнее — из меди (вихревые токи, 15 мм внутри). Балансовое колесо представляет собой катящийся шарик весом 261 грамм. Все это заняло место MiniFoucault между моей кухней и гостиной, что сильно мешает ему, но дает мне огромное преимущество в том, что он постоянно находится передо мной.

Он шатается, но не поворачивается, несмотря на все мои попытки отрегулировать его. Провал.

Испытание №2:

Модификация n°1, верхнее кольцо Charron стало вдвое меньше, из бронзы (трение, 3 мм)

Модификация № 2, нижнее кольцо Шаррона сделано из алюминия (вихретоковый тормоз, 25 мм)

Модификация №3, балансовое колесо. Теперь это 700-граммовый шар для игры в петанк, подвешенный на магните.

Модификация №4, добавление указателя, чтобы избежать паразитных колебаний.

Колеблется, один день анархически вращался, иногда в правильном направлении, но слишком быстро, затем остановился. Полунеудача.

Тест № 3:

Модификация n°1, нижнее кольцо Шаррона. Теперь оно сделано из алюминия (трение: 2’5″ кремниевый жесткий диск 20 мм внутри, помещенный на другой 3’5″ алюминиевый жесткий диск 25 мм внутри).

Колеблется, но не вращается. Крайний провал.

Тест № 4:

Модификация № 5, подвес: патрон вместо зажимных клипс.

Модификация № 6, резьбовая направляющая: перевернута и заново отрегулирована.

Модификация №7, кольцо Charron: заново затянуто и зафиксировано лучше, чем раньше.

Модификация №8, крепление шарика: больше нет ни магнита, ни иглы, а фиксируется стержнем и оправкой.

Изменение №9: нижний магнит теперь прижимается к стержню с резьбой 5 мм. Регулируется по высоте.

Модификация №10, пропеллер: концентрические центрирующие кольца для измерения амплитуды.

Колеблется, иногда поворачивается в нужном направлении, а затем останавливается. Полунеисправность.

Все мои настройки идеальны, а он все равно не работает: может быть, я учусь быть более чем идеальным?

Тест n°5

Модификация № 11, замена балансового колеса: литой свинец, точение, сверление и омеднение. (6 часов электролиза!!!) Это балансовое колесо теперь немагнитное, в три раза тяжелее (2,171 кг), а его центр тяжести расположен ниже.

Модификация № 12, длина теперь 12 сантиметров.

Состояние свинцовых слитков перед обработкой: различные обрезки, расплавленные в керамической миске…

Работал (плохо) в течение нескольких часов после нескольких дней регулировок, затем остановил свое вращение, чтобы колебаться в течение 12 часов в одной плоскости, прежде чем сломать проволоку.

Полный провал, но это неважно, потому что ситуация становится все интереснее.

Тест № 6

Модификация n°13, модификация балансового колеса, замена сломанной проволоки, укорачивание и повторная балансировка. Установлен каскад магнитов.

Модификация № 14, установлена линейка для измерения высоты штока, подвеса и кольца Charron. Очень важно для регулировки.

Модификация №15 — установка призмы для проверки направления колебаний. Великолепный образец оптики, пролежавший в моей мастерской 20 лет, гораздо более точный, чем лазерный луч. Это совсем не красиво, но так практично! Отныне достаточно пяти минут ожидания, чтобы увидеть и измерить вращение маятника.

Модификация № 16: уменьшение нижнего кольца Шаррона (с помощью вихревых токов). Это цена, которую мы должны заплатить, чтобы избежать дальнейших обрывов проволоки. Мы граничим с пределами физики: может ли эффект Кориолиса действовать с амплитудой 7,5 миллиметра? Я мечтаю о том, чтобы в один прекрасный день можно было отказаться от верхнего кольца Шаррона (механического, фрикционного) и оставить только нижнее.

Изменение № 17: длина — до 10 сантиметров.

Еще одна неудача…

Практическое замечание по поводу длины маятника. Вы не можете измерить ее линейкой, потому что не можете точно знать, где находится центр тяжести. Поэтому я измеряю время, затраченное на один период, а затем использую следующую формулу: T=4⋅√L:g⋅K(sin(θ:2)) где k — полный эллиптический интеграл 1-го рода. Не зная, как вычислять, я просто здесь: https://www.123calculus.com/pendule-simple-page-8-20-455.html сделаю грязную работу за меня. Мой маятник, длящийся 0,732 секунды, измеряет 13,3 сантиметра. Пока все хорошо.

…За исключением того, что если я опущу фрикционное кольцо Charron на один миллиметр, маятник будет качаться на 2 тысячные доли секунды быстрее. Так что можно с уверенностью сказать, что это двойной маятник. Пока все хорошо. Однако если я незаметно сниму нижнее медное кольцо Шаррона (тормоз Фуко), амплитуда увеличится на один миллиметр, а время составит 0,686 секунды, или длину маятника 11,7 сантиметра.

Все это говорит о том, что на этом уровне мельчайшие настройки приводят к гигантским эффектам и что это будет действительно чистейшим совпадением, если этот маятник когда-нибудь заработает.

Испытание № 7

Модификация № 18, установка боковых усилителей, чтобы избежать риска бокового кручения. Не очень красивое зрелище.

Модификация №19, установка второй оптики для регулировки.

Модификация №20, установка механического кольца Шаррона под маятником (два жестких диска) для предотвращения паразитных колебаний.

Работали несколько часов до остановки. Полуотказ.

Испытание № 8

Модификация n°21: устранение механического кольца Шаррона под маятником.

Ошибочное и непредсказуемое поведение. Неудача.

10 августа 2024 года, модификация № 22, поднятие кольца Шаррона на 0,5 миллиметра. Работает!

12 августа: над маятником установлена короткофокусная камера. Возмущенный, он решает вести себя как примадонна и прекратить съемку: он действительно начинает заслуживать своего имени…

13 августа: L’Indomptable внезапно решает снова начать съемки. Камера включается в 8.43 утра.

14 августа: 16:00. Камера заменена на камеру с большим фокусным расстоянием. L’Indomptable работает как часы.

15 августа: Получены первые данные о времени оборотов, которое в среднем на 15 % слишком быстрое. Скорость оборотов сильно отличается в зависимости от положения, так что остается только ждать и вести непрерывную запись: дни, недели… С этого момента я буду вносить изменения «на лету», чтобы увидеть разницу. Одни могут остановить вращение маятника, другие — ускорить или замедлить его…

16 августа: 16:30: Кольцо Шаррона поднимается на 1 мм, не касаясь маятника. Маятник вращается слишком быстро. (Вращение за 24 часа вместо 33 часов: 40% слишком быстро)

19 августа: 8.40 утра: кольцо Шаррона опускается на 1 миллиметр до тех же значений, что и 15 августа. Задержка.

20 августа: 9:00 утра: кольцо Шаррона поднимается на 3 мм, индикатор времени центрируется и обнуляется, а временные интервалы изменяются (3593000 миллисекунд вместо 3600000).

21 августа: 8.00 утра. Маятник очень точен на половине оборота. Будет подтверждено в течение следующих нескольких дней.

22 августа: 9.50 утра. Время полного оборота составляет 32 часа: на 5% быстрее. Е-ксце-лент!

23 августа: 12.00. Все в порядке. Установка зонда, таймера и компьютера для регистрации каждого колебания с точностью до миллионной доли секунды.

24 августа: 27 % слишком быстрых колебаний за последние 2 дня. Многолетний опыт создания маятников Фуко позволяет мне с уверенностью сказать, что я ничего не понимаю.

28 августа 2024 года: Вот записи 8 дней вращений:

…где выясняется, что он совершил в общей сложности 8 полных оборотов, которые ускоряются все быстрее и быстрее: последовательно 30, 28, 23, 25, чтобы затем стабилизироваться на 20, 20, 20 и 20 часов.

Интересно.

Я имею в виду часто наблюдаемое явление — обкатку проволоки для подвешивания, поскольку часто видел, как часы, не работавшие несколько дней, запускались сами по себе, без какого-либо внешнего вмешательства. Остальное обещает быть увлекательным. В этом эксперименте я не пытаюсь сделать так, чтобы все работало как можно лучше: я провоцирую все возможные ошибки, чтобы научиться их обходить. Таким образом, то, что вы узнаете здесь, будет использовано для понимания всего в целом.

Тест n°9

29 августа 2024 года: 13:00. Получение данных от вращения.

Вот график времени для полного оборота «Неукротимого», показывающий, что он снова ускорился: 19 часов для одного оборота. Вы также можете увидеть, что оборот состоит из двух полуоборотов, как показано на диаграмме ниже.

Начало измерения: 18 часов

Пик n°1: 19 часов

Впадина n°1: 23 часа

Пик n°1: 5 часов

Впадина n°1: 8 часов

Это дает нам следующие географические позиции:

Помещенные в электронную таблицу, эти 3050 данных дают нам следующую нежную симметрию:

Испытание 10

29 августа: 14:00: кольцо Шаррона поднялось на 1 миллиметр.

19:00: неудача. Маятник перестал вращаться через 5 часов. Кольцо Шаррона опустилось на 3 миллиметра.

Неудача. Маятник остановился посреди ночи. Кольцо Шаррона переместилось на 2 миллиметра выше.

30 августа: 12 часов. Все вроде бы работает. Изготовлен новый зонд для более точных измерений и подключен к компьютеру.

9 часов вечера. Оборот маятника снова остановлен. Неудача.

Испытание 11

31 августа: Я делаю (потрясающий) измерительный прибор, который позволяет:

1) точно и прямо отцентрировать кольцо Шаррона,

2) точно и непосредственно центрировать электромагнит и магнит,

3) мгновенно сравнивать их по щелчку выключателя,

4) определить максимально возможную высоту кольца Шаррона,

5) измерить периоды Шаррона и/или электромагнита с точностью до миллионной доли секунды,

6) и тем самым избавить меня от недель или месяцев проб, ошибок и приближений.

11 часов: запуск маятника. Стабилизация хода.

12 часов дня: запуск камеры и программного обеспечения для измерений.

2 сентября: вот график оборотов за 2 дня. Видно, что он очень чистый.

Если я возьму данные за полный оборот и помещу их в электронную таблицу…

…и округлить этот график…

…я могу сделать вывод, что в первый день маятник вращался на 28 % слишком быстро и что пики амплитуды приходятся именно на те моменты, когда маятник качается по оси Y. Поэтому я собираюсь дать маятнику покачаться еще несколько дней, чтобы все это подтвердить.

Эта страница становится слишком длинной, но если вы действительно хотите узнать, что будет дальше, просто нажмите здесь.