Pestoline (技术)
只有超过 2 米长的傅科摆才容易制作。但我的摆必须有 1 米长的天平才能显示秒钟。世界上很少有人能够制作出令人满意的小摆。在此,我必须提及 1984 年的先驱海姆-克鲁格拉克和斯坦利-斯蒂尔,以及 1981 年的 H-理查德-克莱恩。小型摆的两个主要问题是悬浮和椭圆前倾。悬挂问题是迄今为止最重要的问题,因为它必须完美,否则摆只会在最容易摆动的平面上摆动。另一种解决方案是用金属线铸造。但熔化温度往往会破坏悬挂钢丝的规格。更常见的悬挂方法是将钢丝穿过精密心轴。但在这种方法中,摆锤也会选择一个偏好的位置,并将自身稳定在一个平面上。商用卡盘都有一些小瑕疵。理查德-克莱恩(Richard Crane)曾经将他的卡盘放在车床上,用非常细的磨料打磨卡爪。只有这样,摆锤才能正常工作。另一个问题是如何消除椭圆偏移。这种现象只出现在小摆上,而且越短越严重。通过在摆锤长度的十分之一处插入一个经过完美加工和抛光的夏朗环,可以在一定程度上减少这种不良影响。
这就是第一个真正起作用的原型,也是建造其他钟表的试验台。一旦完成所有测试,它也注定要在我的厨房里终老。因为我家里没有钟….。
支架有三个功能:支撑摆锤、非常精确地引导摆线(精确到百分之一毫米)以及在摆锤移动时调整摆锤的长度。这种功能在钟表上几乎从未出现过,但将来应该会非常有用。我放弃了卡盘的想法,因为以我有限的资源,加工卡盘太困难了,而且一旦夹紧就无法进行任何调整。钢线(0.18 毫米)不是夹在夹钳之间,而是穿过蓝宝石上的孔,绕着轮子爬行,然后回落到底部夹紧。调节螺钉可使钢丝在轮子后弯曲,从而影响摆轮的高度。如果我愿意,甚至可以添加双金属温度补偿装置。

现在让我们来看看这个摆锤与迄今为止所有其他摆锤的不同之处,即它还可以用作时钟。据我所知,只有另外一个人尝试过:H. Richard Crane(密歇根大学)。他通过读取摆锤在底部刻度圆圈上的走时来读取时间的流逝。但他的钟摆不能被视为真正的时钟,因为他需要一个外部时基,一个能让钟摆每天停止转动 6 小时的计时器。而我的钟摆则必须同时具备所有条件:真正的时钟和傅科摆。从那时起,提出的问题变得非常有趣。例如,如果不允许使用金刚砂(因为金刚砂有磁性,所以摆很快就会变成指南针),我如何确保摆具有温度补偿功能? 或者,如果摆的刻度与 24 小时不兼容,我如何使用摆来报时?
许多人仍然认为傅科摆每 24 小时自转一圈。只有在北极顺时针旋转和在南极逆时针旋转才是正确的。纬度越低,自转越慢。在巴黎,时间是 32 小时。在我居住的瑞士锡永,则是 33 小时 26 分钟。在赤道上,理论上它的旋转时间是无限的。克莱恩利用一个由时钟控制的附加电磁铁,每晚(午夜至清晨 6 点之间)停止摆轮旋转 6 小时。
一些事实
摆锤在每次检测到摆轮经过时都会由电磁铁推动。几乎所有部件均为黄铜材质,以消除磁性问题。表盘上有时间显示(时、分、秒),摆轮末端有时间显示。上三分之一处的圆盘用于在摆线断裂时阻止摆锤坠落。
振幅稳定装置采用了里昂-傅科的另一项发现:制动器。这是一个尺寸非常精确的非磁性刻度环,放置在摆轮行程的末端。磁铁通过时会产生被称为 “傅科电流 “的感应电流,在每次摆动时制动摆轮。

过山车之旅:这就是第一次佩斯托林测试的结果。这次测试是在我的工作室进行的,当时天平的高度没有调好,夏朗环也没有对准中心,我整天都在围着它转。尽管如此,我们还是发现了一些有趣的现象。在这份涵盖两天时间的文件中,我们可以看到周期性干扰重复出现了三次。用这张图覆盖的天数除以周期数,得出的数字是 16.5:这是钟摆自转半圈所需的小时数。这样,转一圈需要 33 个小时,误差为 1%。(对这一数字应持谨慎态度:我通常要进行一周到一个月的测量,才能获得真正准确的测量结果)。
我们可以看到的扰动来自夏龙环。它还没有完全对准中心,可以看到一些加工缺陷。我在没有夏朗环的情况下重复了同样的测试:线路完全平整,但摆锤的行程是椭圆形的,几乎察觉不到涡流效应。
经过几次调整、定心和平衡后,电脑显示的结果如下:

该图显示,Pestoline 每天前进 7.8 秒,这可以通过稍微降低摆锤来轻松调整。不仅如此,连续的峰值(每个峰值表示钟摆旋转一圈)也变得更加精确。我们还可以看到曲线底部反复出现的扰动,这证明钢丝或悬挂物中仍然存在机械各向异性。通过这种方式,这只钟表可以作为测试台,以便改进下一只钟表。因为对这种钟的选择并不在于时间的准确性或傅科效应的准确性。Pestoline 已经证明,两者都能取得良好的效果。
(2003 年 7 月)Pestoline 赢得了动感艺术组织竞赛 “ingeneering ingenuity “类一等奖。
这项世界性比赛奖励动感艺术作品。
拥有 Bryan Mumford 的 MicroSet 软件的用户可根据要求下载该软件。这将使他们能够了解傅科摆中心百万分之一秒内发生的情况,以及气流、寄生振荡等引起的干扰的影响。该样品涵盖 5 天的测试。
