佛罗伦萨(技术)

球形时钟

制造这款时钟是为了汲取Anachrone 的精华并加以改进,因为我们需要优化这个运转良好的电机。经过几个月对原型的测试,我成功地简化了它,这样就能从一个球的下落中获得足够的能量,使钟摆移动一小时。这比 Anachrone 好了 3599 倍。既然有了可能,就该开始动手了…

底盘必须是三角形的,以避免摆锤运动时产生扭转。(矩形框架每次摆动会产生 0.01 毫米的扭转,这将很快抵消掉摆轮的所有惯性)。摆轮的长度决定了表盘的尺寸,而表盘必须能放入一个搅拌沙拉的碗中。所选材料为不锈钢和少量黄铜,以温暖眼睛。摆轮杆由乙烯树脂制成。滚珠的上链过程如下:一根杆从底部推动滚珠,迫使它穿过排列成圆圈的另外五根杆。然后将 7 个球组成的小柱子推入玻璃管中。在推球的过程中,5 个弹珠会紧跟在球的后面,防止球掉下来。第七颗弹珠(玻璃管顶端的那颗)进入由 4 个网格和 4 个钉子组成的迷宫。它每次都会推动摆轮向摆动方向移动,然后落到机械装置的底部,在那里等待一个小时。每当分针垂直时,光学传感器就会给出上链顺序。另一个光学传感器则对摆轮的运动进行计数,并将脉冲信号发送给秒针。
该系统于 1999 年 5 月启动,经过 6 个月的努力,于 11 月开始运行。
所达到的精度为每月一秒。

“这显然是我的最爱,因为它汲取了Anachrone的精华,并将其简化到极致。这个电机系统给了我难以置信的自由:我现在可以用任何支持来制作时钟。直升机零件、摩托车零件、打印机零件–什么都可以。这款时钟标志着我向前迈进了一步,开辟了许多新天地。另一方面,回收的零件也很少。两个不锈钢沙拉碗,一块桃花心木板,仅此而已。其他一切都是从头开始加工的。但为什么要打捞餐具呢?很简单,因为我缺少工具,而且如果要从不锈钢锭上切割,加工表盘背面至少要花两天时间”。

关于精度的几点说明

这台时钟的设计初衷并不是为了精确,而是为了能够使用世界上独一无二的电机。第一个惊喜是,一旦设定了水平,它就能完美地工作。第二个惊喜是,经过一年半的测试,它每月可以有 4 秒左右的漂移,甚至更少。我可以通过给时钟加身来使其更加精确,但美观度会大打折扣。

在下图中,我们可以看到 1.8 小时内发生的所有事情,每十秒钟测量一次。

在图表的开头,天平的跳动速度太快:0.999900 秒。在接下来的十分钟里,天平的速度越来越快,达到了 0.999827,直到时针球落下,产生了第一个峰值。天平突然减速 3 亿分之一秒,然后开始加速,每两分钟产生一个波浪。这些波浪将持续整整一个小时,逐渐减弱,直到下一个小时球到来。因此,天平精确跳动到秒的唯一时刻正好是两个整点之间的中点,即半小时。您在这个样本上看不到的是我在时钟周围的运动所产生的干扰(当时我不在工作室)。这些干扰会产生高达 1 500 万分之一秒的波峰或波谷。

下图是 2.2 天内的同一样本,仍然是每十秒测量一次。

每个 “之 “字形点代表一个下落的小时球。因此,摆轮每小时都会围绕秒针滑动。通过计算所有这些点,我们可以得出每天 7 秒的不稳定性。这对于普通钟表来说是无法忍受的,但对于佛罗伦萨钟表来说却并非如此,因为佛罗伦萨钟表的设计就是为了适应这种不稳定性。这个样本告诉我们,平均时间严格为 1 秒,计算出的年平均误差为 0.0 秒!!!这个样本显然是例外,因为昼夜行走这一简单事实会使测量结果略有失真。如果将干扰因素计算在内,每月的精确度可高达 4 秒。


德国沃尔夫斯堡辉诺科学博物馆
展览时间:2017 年 12 月至 2019 年 2 月