MicroFoucault n° 26: Пробы и ошибки и технические данные. (Часть 3)
11 сентября, полночь. 16 часов для полуоборота или 32 часа для полного оборота. ошибка 4 %.
12 сентября: 13 часов, 29 часов на полный оборот, т.е. на 14% быстрее, чем должно быть на моей широте (33h26).
Запуск двухнедельного теста без какого-либо внешнего вмешательства.
За кулисами… Вверху — камера и Raspberry, внизу — компьютер с MicroSet, записывающий данные.
15 сентября: Сделал свой последний полный оборот за 30 часов: на 10 % слишком быстро, но темпы улучшаются.
16 сентября: Сделал последний оборот за 30 часов: все еще на 10 % слишком быстро.
17 сентября: совершил последний оборот за 32 часа: всего 4 % слишком быстро!
18 сентября: последний оборот за 32 часа: отлично!
Четырехдневный график очень интересен, потому что на нем видно, как он развивается с течением дней:
Видно, что кривая становится все более и более плоской, и если так пойдет и дальше, то она должна стать более линейной, а время оборота скоро упадет ниже 10%. Эти кривые могут показаться немного анархичными и колеблющимися, но они являются огромной победой для такого крошечного маятника Фуко.
19 сентября: последний оборот через 30 часов. Еще 10 % слишком быстро.
20 сентября: 30 часов.
21 сентября: 32 часа.
22 сентября: 30 часов.
Пример подписи полного оборота:
27 сентября: конец теста через 15 дней:
…где мы видим, что он сделал 24 полуоборота, то есть 12 полных оборотов из 170 часов, что дает нам среднее значение около 29 часов (вместо 33). Мы также видим, что амплитуда баланса постепенно стабилизируется с течением времени. Вот видеозапись этих 15 дней тестирования:
…где видно, что у этого маятника был скрытый поклонник: паук, который приходил посмотреть на него по мере того, как проходили дни! Если мы запишем время, когда маятник находится в положении 0° (полдень), то получим следующие периоды полуоборотов:
Это дает нам округленное среднее значение 14 часов 30 минут на полуоборот, то есть 29 часов на оборот: этот микромаятник вращается слишком быстро на 15% за 15 дней непрерывной работы.
Этот результат можно легко улучшить, если продолжить точную настройку параметров для коррекции хода маятника между -70° и -20° — точкой, в которой он вращается слишком быстро. Тогда точность может упасть ниже 10 %. Но нужно знать, когда остановиться.
28 сентября 2024 года: Пришло время завершить этот эксперимент, потому что он длился 5 месяцев и теперь другим нужны мое измерительное оборудование и мое время. Я собираюсь все разобрать и наконец-то привести в порядок кухню и гостиную, а пауку придется искать другое гнездо, то самое, в котором он все это время гнездился под часами.
Непостижимое: сбор данных.
Как измеряется его вращение?
Камера RPI HQ подключена к Raspberry под управлением Rasbian (Linux). Программное обеспечение для получения изображений — Allsky, которое можно скачать здесь: https://github.com/AllskyTeam/allsky. Это астрономическое программное обеспечение для съемки астероидов, спутников и т.д. Поскольку сейчас лето, я настроил камеру так, как будто она находится на Южном полюсе, чтобы она думала, что весь день ночь… Камера настроена так, чтобы каждый час делать односекундный снимок для создания таймлапса. Allsky также является интернет-сервером, который позволяет наблюдать за положением маятника в реальном времени с любого экрана. К маятнику приклеен небольшой отражатель, дающий белую линию на фотографии. Все это освещается одним светодиодом и полностью изолировано за черной тканью. Затем я вставлю в таймлапс градуированную шкалу, чтобы отслеживать точное положение маятника час за часом на протяжении всего эксперимента, который может длиться месяц.
Как измеряется период колебаний маятника?
В одном случае это контакт проволоки с кольцом Шаррона, который запускает таймер— контроллер MicroSet. Он регистрирует каждое колебание с точностью до одной миллионной доли секунды. Поскольку амплитуда маятника не одинакова в зависимости от его положения, которое постоянно меняется, на графике будет видна повторяющаяся кривая, которая встречается на каждом полуобороте. Это и есть сигнатура маятника, которая у каждого своя. Таким образом, мы можем измерить время вращения маятника и его положение в любой момент времени. Кроме того, эта система позволяет измерить центрирование кольца Charron.
На изображении ниже показаны 24 часа из жизни MicroFoucault. Каждый пик показывает оборот маятника. (Линии, пересекающие график, не учитываются: это просто плохие контакты кольца Шаррона)
Из этого мы можем сделать вывод
- Что маятник совершил оборот за 24 часа,
- что пики возникают, когда маятник находится на оси X,
- что скачки происходят, когда маятник находится на оси Y.
В другом случае я использую импульс, который дает электромагнит, чтобы запустить таймер. Эта формула гораздо точнее, чем электрический контакт кольца Шаррона.
Почему все эти измерения занимают так много времени?
Потому что каждая корректировка должна ждать 17 часов, то есть половину оборота на моей широте, прежде чем ее данные будут подтверждены.
Такова цена, которую нам приходится платить. А любой научный эксперимент должен быть воспроизводимым. Это дает нам минимум 34 часа.
Но если бы мы хотели быть честными, нам пришлось бы повторить каждый эксперимент в обратном порядке, чтобы вернуться к исходным данным: 34 часа, плюс 17 для подтверждения модификации: 51 час…
А если бы мы хотели быть предельно честными, мы бы провели эксперимент на полном обороте, чтобы подтвердить полуоборот. Это дает нам 102 часа…..
В двух словах: 4 дня, чтобы понять, о чем идет речь после малейшей корректировки. Умножьте это на количество модификаций, и мы будем говорить уже не о днях, а о месяцах!
Как вы центрируете кольцо Шаррона и электромагнит?
Оба центрируются 4 винтами, расположенными в форме буквы X вокруг кольца Charron, с одной стороны, и вокруг электромагнита — с другой. Сухари часто пытаются измерить линейкой, но это больше похоже на упражнение «сделай сам», чем на что-либо еще. Вот абсолютный способ быть честным: секундомер, который измеряет каждое колебание с точностью до миллионной доли секунды. В моем случае я использую таймер MicroSet.
Если вы внимательно посмотрите на график ниже, то увидите, что до установки 1 каждое следующее измерение короче другого. Настройка 2 позволяет точно настроить конечный результат.
Всегда начинайте с кольца Charron, которое так трудно настроить, и заканчивайте электромагнитом. На регулировку уйдет от половины дня до целого дня, прежде чем вы будете удовлетворены своей работой.
