Ceas cu pendul
Ceasul cu pendul este un dispozitiv pentru măsurarea trecerii timpului pe baza regularității oscilației (izocronismului) unui pendul mecanic .
Începând cu secolul al XX-lea , acest instrument a fost depășit cu precizie mai întâi de ceasul cuarț și apoi de ceasul atomic , dar continuă să aibă o anumită utilizare datorită valorii sale estetice și artistice.
Unele modele sunt de fapt înglobate în mobilier din lemn prețios și sunt considerate lucrări valoroase de artizanat de precizie.
Există piese echipate cu tonuri de apel elaborate, organe muzicale și mecanisme scenografice animate complexe.
Dimensiunile variază de la obiecte de birou mici, la ceasuri din sufragerie, până la mecanisme de turn mari.
Istorie
Regularitatea mișcării pendulului a fost studiată de Galileo Galilei în secolul al XVII-lea , dar invenția ceasului pendul este atribuită lui Christiaan Huygens care a depus brevetul în 1656 . Fabricarea a început în 1657 de către artizani olandezi și s-a răspândit rapid.
În secolul al XVIII-lea erau mai mulți meșteri importanți care fabricau ceasuri de o mână de lucru excelentă, de mare valoare pentru materialele folosite și efectele scenografice ale tonurilor de apel. Un exemplu valoros este păstrat în Muzeul Hermitage din Sankt-Petersburg și reprezintă un păun mecanic în aur care cântă la un moment dat cu un realism incredibil.
Operațiune
Inima ceasului este pendulul , format dintr-o bară de metal sau de lemn, articulată pe un punct de sprijin și cu o masă plasată la capătul liber. Deoarece perioada de oscilație depinde de distanța dintre punctul de sprijin și centrul de greutate al pendulului, masa alunecă, în general, de-a lungul barei, pentru a putea calibra instrumentul. Expansiunea termică acționează modificând lungimea pendulului și, prin urmare, modificându-i perioada în funcție de variația temperaturii.
Pentru a transforma mișcarea alternativă a pendulului într-o rotație regulată a angrenajelor, necesară rotirii mâinilor și, în același timp, alimentarea pendulului cu energie cinetică pentru a compensa pierderile de frecare , au fost inventate mai multe mecanisme, numite evacuări . Există diferite tipuri de scăpări, dar în general acestea constau dintr-o roată echipată cu dinți speciali pe care se introduce un mecanism integrat cu axa pendulului. Roata este supusă unei perechi de forțe transmise de un arc sau de o rolă cu o frânghie înfășurată de care este atașată o greutate. Ieșirea înseamnă că atunci când pendulul se află la un capăt al căii sale este împins în direcția opusă și, în același timp, roata dințată se deplasează înainte printr-un clic. Odată ce pendulul a ajuns la capătul opus al traiectoriei, procesul se inversează și roata avansează un alt clic. Secvența se repetă la nesfârșit până când energia este furnizată de arc sau de scăderea în greutate.
Raportul dintre dinți și pinioane determină numărul de rotații pe care trebuie să le parcurgă fiecare roată, de exemplu roata centrală sau minutele trebuie să realizeze o rotație într-o oră. Pentru a plasa mâna orelor a fost necesar să adăugați un angrenaj suplimentar format din 3 roți numite piese mici. Acesta din urmă este un reductor de viteză, adică are un raport de 12 spire la 1 (12: 1) pentru cadrele de 12 ore și 24 de spire la 1 (24: 1) pentru cadrele de 24 de ore. Angrenajele suplimentare pot urmări data, fazele lunii și, în modele mai sofisticate, pot efectua chiar calcule astronomice .
Alte sisteme de alimentare decât arc sau greutate au fost studiate pentru a elimina sau reduce necesitatea reîncărcării. O soluție curioasă este ceasul Cox, construit în jurul anului 1760 și încă păstrat (care nu mai funcționează) la Londra , care a derivat energia din modificările presiunii atmosferice . La modelele recente (balansoare sau echilibrul roților ) reîncărcarea arcului poate fi realizat printr - un motor electric , sau energia poate fi furnizată direct pendulului prin intermediul electromagneți sincronizate adecvat cu mișcarea sa, și eliminând nevoia de clichetul.
Primele ceasuri pendulare ale lui Huygens au avut o eroare de aproximativ 10 secunde pe zi. Îmbunătățirile ulterioare, inclusiv compensarea expansiunii termice, reducerea frecării și plasarea pendulului într-o cameră de vid , au redus eroarea la câteva sutimi de secundă pe zi în cele mai sofisticate modele de astăzi.
Alternative la pendul
Un dezavantaj evident al ceasului pendul este imposibilitatea de a fi folosit în mișcare, deoarece pendulul ar fi serios perturbat în oscilația sa și ar înceta să funcționeze. Deoarece măsurarea precisă a timpului este importantă pentru determinarea longitudinii pe mare, nevoia unui sistem alternativ a fost simțită foarte mult. Soluția, concepută în 1675 de Huygens, pentru a depăși această limitare, este volanul , capabil să funcționeze în orice poziție și în mișcare. Se compune dintr-un volant cu masă adecvată rotit în jurul axei sale și conectat la un sistem de evacuare similar cu cel al pendulului. Volanta se rotește regulat alternativ în sensul acelor de ceasornic și invers acelor de ceasornic, schimbând energia cinetică cu energia potențială acumulată de un arc de torsiune de care este legat. Acest dispozitiv mult îmbunătățit este încă utilizat în ceasuri de mână complet mecanice, ceasuri de buzunar și ceasuri cu alarmă .
O realizare intermediară între cele două tehnici este pendulul de torsiune, în care unele sfere sunt făcute să se rotească suspendate de un arc de torsiune. Această soluție are însă o valoare predominant estetică, deoarece nu este mai precisă decât pendulul clasic și nu are practicitatea unei roți de echilibru. Cu toate acestea, acest sistem permite, având în vedere slăbiciunea obținută cu forța de torsiune în comparație cu forța de greutate care guvernează pendulul, să atingă, folosind arcul ca sursă de energie, o autonomie de funcționare mai mare de un an, comparativ cu luna medie a ceasuri mici.pendula din apartament.
Ceas cu pendul dublu
În secolul al XX-lea , inginerul englez William Hamilton Shortt a inventat un ceas bazat pe două pendule, capabil să obțină o precizie de o sutime de secundă pe zi. În acest sistem, un pendul primar ( master ), realizat cu un aliaj special cu expansiune termică redusă, oscilează în absența influențelor externe și, eventual, în interiorul unui recipient în care a fost creat un vid. Acest pendul face contact mecanic cu evacuarea specială doar o fracțiune de secundă la fiecare treizeci de secunde. Un pendul secundar ( sclav ) avansează un clichet care la fiecare treizeci de secunde activează un electromagnet , care eliberează o pârghie care cade prin gravitație . Această pârghie, care cade pe pendulul primar , îi trimite un mic impuls suficient pentru a-l menține oscilant. Maneta este apoi scăzută imediat pe un contact electric. Acest contact activează mai multe funcții:
- activează un al doilea electromagnet care readuce însăși pârghia în poziția inițială,
- produce impulsul pentru măsurarea timpului,
- trimite un impuls către mecanismul de sincronizare a pendulului secundar .
Deoarece pendulul secundar trebuie să elibereze pârghia la momentul potrivit, este important ca acest pendul să fie păstrat sincronizat în marje strânse cu pendulul primar .
Pentru a obține o independență mai mare față de factorii externi, pendulele sunt montate pe suporturi antivibrații și fixate pe blocuri de beton rezistente.
Acest tip de ceas a devenit o utilizare obișnuită în rândul observatorilor. A fost primul ceas suficient de precis pentru a detecta variațiile sezoniere ale vitezei de rotație a pământului.
Interesant este că acest ceas, încă neînvins de ceasurile comerciale, inclusiv cele cu cuarț, care rareori coboară la al doilea pe zi, este precis până la 0,1 ppm sau adică o zecime dintr-o parte pe milion. Puține instrumente de laborator pot concura cu acesta.
Bibliografie
- ( EN ) Joella G. Yoder. Timpul de derulare: Christiaan Huygens și matematizarea naturii . Cambridge, Cambridge University Press, 2004. ISBN 9780521524810
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre ceasul bunicului
linkuri externe
- Site amator pe ceasuri antice , pe clockmaker.it .
| Controlul autorității | Thesaurus BNCF 3876 · GND (DE) 4173654-0 |
|---|
