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Pendeluhr


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Die Pendeluhr ist eine Uhr deren Schwingungsvorgang ein mechanisches Pendel ist. Sie wurde um 1640 von Galileo Galilei erdacht aber erst von seinem Sohn gebaut.

Inhaltsverzeichnis

Kurze Geschichte

  • 1657 läßt Christian Huygens eine Hemmung patentieren die den Gang 10 Sekunden pro Tag verbessert.
  • In den 1680ern werden Haken- und Ankerhemmung erfunden und Pendelaufhängung am Faden durch eine dünne Stahlfeder ersetzt. Formeln für den Einfluss der Amplitude werden bekannt.
  • 1720er entwickeln George Graham (Erfinder der Spiral-Unruh) John Harrison unabhängig das temperaturkompensierte Pendel was die Uhren auf 1 verbessert.
  • 1843 wird das elektromagnetisch angetriebene Pendel patentiert - eine etwa Verbesserung und der erste Schritt zur Elektro-Uhr.
  • Um 1930 Entwicklung des Shortt-Pendels (Tagesfehler unter 0.01 und Erfindung der damals ähnlich genauen Quarzuhr .

Genauigkeit der Schwingung

Hängende stabil gebaute Pendel die um horizontale Achse schwingen besitzen eine höhere Genauigkeit im Gang als viele andere Pendelschwingungen. ungenaueren Vorgänge sind z.B. das vertikal oszillierende Federpendel (siehe " Harmonische Schwingung ") oder ein einfaches Fadenpendel . Diese übertreffen nur schwer Genauigkeiten von Prozent während ein abgeschirmtes Kompensatorpendel mindestens 0.0001 (10 -6 oder ±0.1 Sekunden pro Tag) erreichen Spezialkonstruktionen kommt sogar in den Bereich einiger pro Tag.

Bei klassischen Pendeluhren wird die Schwingung über die Ankerhemmung in ein schrittweises Drehen des "Steigrades" das durch ein Gewicht angetrieben

  • über ein Räderwerk (wie bei anderen Uhren)
  • einerseits die Zeiger antreibt
  • andererseits einen dosierten Impuls für eine konstante Amplitude (Schwingungsweite) des Pendels gibt.

Das elektromagnetisch gesteuerte Pendel erhält seine dosierte Energie eine Weicheisen-Spule die im richtigen Moment über mit Strom versorgt wird. Die Einsparung mechanischer bei solchen Uhren verbessert den Gang merklich.

Am präzisesten ist die von Störungen Shortt-Uhr. In der Hauptuhr schwingt ein fast Pendel im Vakuum während die synchrone "Slave"-Uhr alle anderen Teile enthält welche die Hauptuhr beeinträchtigen würden. Genauigkeit (Millisekunden pro Tag) wurde erst um 1950 von Quarzuhren übertroffen.

Astronomische Pendeluhren

haben (bzw. hatten) meist Sekundenpendel die etwa 1 Meter lang sind. Die Schwingungsdauer T hängt mit der Pendellänge L und der Schwerkraft g über die Formel
 <math> T = 2\pi \sqrt{L\ /\ </math> zusammen.  

Der Sekundenschlag erlaubt(e) bei Messungen von Sterndurchgängen - etwa im Fernrohr eines Meridiankreises - die genaue Korrelation der Zeit mit dem durchs Gesichtsfeld ziehenden Stern (bis 15"/sec). Mit der Auge-Ohr-Methode können Zeitmessungen auf 0.05 bis 0.1 Sekunden genau durchgeführt werden.

Die Gangregulierung erfolgt durch feine Stellschrauben der Pendellänge und durch Gewichtsplättchen die Temperaturkompensation mittels Dreistabpendel oder Quecksilberpendel .

Private Pendeluhren

haben meistens Pendellängen von 15 bis cm; letzteres entspricht etwa 0.5 s einfacher Sie erreichen etwa eine Gangkonstanz von Sekunden Tag. Horizontales Schwingen bei Zieruhren (oft mit Messingkugeln ) ist noch ungenauer wird aber heute mit in der Mechanik versteckten Quarzuhren gesteuert.

Noch kürzere vor dem Zifferblatt schwingende Pendel haben die sog. Zappler . Sie sind Tisch- oder kurze Wanduhren Gehäuse nur auf der Schauseite geschlossen ist. Genauigkeit liegt bei Zehntelminuten pro Tag.

Reversionspendel für Gravimetrie

Ein Pendel das umgedreht werden kann um beide Achsen (meist Achatschneiden ) dieselbe Schwingungsdauer hat heißt Reversionspendel. Diese Technik erlaubt die genaue Messung der Pendellänge daher mittels obiger Pendelformel auch der Schwerkraft g .

Auf ähnliche Art erforschte man schon 18. Jahrhundert das Erdschwerefeld . Durch Kombination von Gravimetrie und geometrischer Gradmessung wurde die Form Erde bestimmt und das Meter definiert.

Heutige Zeitmess-Technik

Heute verwendet man dafür hochpräzise Federwaagen die sogenannten Gravimeter. Die Zeitmessung im wissenschaftlichen Bereich wird hingegen seit etwa 1960 kaum mehr mit mechanischen Schwingungen von oder Chronometern durchgeführt sondern mit Kristall - und Mikroschwingungen von Quarz - und Atomuhren .

Quarzuhren sind inzwischen in alle Handys und fast alle Taschenrechner eingebaut während Satelliten oft Atomuhren oder Wasserstoff - Maser tragen. Bei GPS ( Global Positioning System ) erlaubt erst diese genaue Laufzeitmessung eine Navigation im Meterbereich.

Siehe auch

Astronomie Astrogeodäsie Sonnenuhr Uhrzeit Zeitsignal

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