Pendeluhr
Die Pendeluhr ist eine Uhr, deren Schwingungsvorgang ein mechanisches Pendel ist. Sie wurde um 1640 von Galileo Galilei erdacht, aber erst von seinem Sohn Vincenzo gebaut.
Table of contents |
2 Genauigkeit der Schwingung 3 Astronomische Pendeluhren 4 Private Pendeluhren 5 Reversionspendel für Gravimetrie 6 Siehe auch 7 Weblink |
Hängende, stabil gebaute Pendel, die um eine horizontale Achse schwingen, besitzen eine höhere Genauigkeit im Gang als viele andere Pendelschwingungen. Solche ungenaueren Vorgänge sind z.B. das vertikal oszillierende Federpendel (siehe "Harmonische Schwingung") oder ein einfaches Fadenpendel. Diese übertreffen nur schwer Genauigkeiten von 0.01 Prozent, während ein abgeschirmtes Kompensatorpendel mindestens 0.0001 Prozent (10-6 oder ±0.1 Sekunden pro Tag) erreichen kann. Spezialkonstruktionen kommt sogar in den Bereich einiger ms pro Tag.
Bei klassischen Pendeluhren wird die Schwingung über die Ankerhemmung in ein schrittweises Drehen des "Steigrades" umgewandelt, das durch ein Gewicht angetrieben
Kurze Geschichte
Genauigkeit der Schwingung
Am präzisesten ist die von Störungen befreite Shortt-Uhr. In der Hauptuhr schwingt ein fast freies Pendel im Vakuum, während die synchrone "Slave"-Uhr alle anderen beweglichen Teile enthält, welche die Hauptuhr beeinträchtigen würden. Deren 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
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 sogenannten Auge-Ohr-Methode können Zeitmessungen auf 0.05 bis 0.1 Sekunden genau durchgeführt werden.
Die Gangregulierung erfolgt durch feine Stellschrauben an der Pendellänge und durch Gewichtsplättchen, die Temperaturkompensation mittels Dreistabpendel oder Quecksilberpendel.
Noch kürzere, vor dem Zifferblatt schwingende Pendel haben die sog. Zappler. Sie sind Tisch- oder kurze Wanduhren, deren Gehäuse nur auf der Schauseite geschlossen ist. Ihre Genauigkeit liegt bei Zehntelminuten pro Tag.
Auf ähnliche Art erforschte man schon im 18. Jahrhundert das Erdschwerefeld. Durch Kombination von Gravimetrie und geometrischer Gradmessung wurde die Form der Erde bestimmt und das Meter definiert.
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 Pendeln oder Chronometern durchgeführt, sondern mit Kristall- und Mikroschwingungen von Quarz- und Atomuhren.
Quarzuhren sind inzwischen in alle Mobiltelefone 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.
Private Pendeluhren
haben meistens Pendellängen von 15 bis 25 cm; letzteres entspricht etwa 0.5 s einfacher Schwingungsdauer. Sie erreichen etwa eine Gangkonstanz von Sekunden pro Tag. Horizontales Schwingen bei Zieruhren (oft mit Messingkugeln) ist noch ungenauer, wird aber heute oft mit in der Mechanik versteckten Quarzuhren gesteuert.Reversionspendel für Gravimetrie
Ein Pendel, das umgedreht werden kann und um beide Achsen (meist Achatschneiden) dieselbe Schwingungsdauer hat, heißt Reversionspendel. Diese Technik erlaubt die genaue Messung der Pendellänge und daher mittels obiger Pendelformel auch der Schwerkraft g.Heutige Zeitmess-Technik
Siehe auch
Astronomie, Astrogeodäsie, Sonnenuhr, Uhrzeit, ZeitsignalWeblink