Ich plane gerade eine Präzisionspendeluhr. Mit 0,5 Hz Pendel, ca. 1 Meter lang. Material wird Glaskeramik (Ausdehnungsfaktor 0 (+- 0,5) ppm. Die Pendelbeschläge und die Pendelfeder aus Stahl. Um deren Aus- dehnung zu kompensieren, gibt es ein gegenläufiges Element. Das Problem: Die Datenblätter dieser Materialien haben Spielraum, da kann ich aber gegensteuern. Üblicherweise misst man die Ganggenauigkeit des laufenden Pendels und versucht die optimale Konfiguration des Kompensationselementes zu treffen. Nun kommt die Luftdichte ins Spiel, jede Änderung der Temperatur ändert auch die Luftdichte. Das wirkt auf das Pendel. Um beide Faktoren getrennt zu betrachten, bräuchte ich ein Pendel mit 0 Ausdehnungsfaktor. Aber wie Messen??? Berührungsfrei und genau? Da gibt es doch Michelson-Interferometer. Hat hier jemand sowas rumliegen? Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. Es ist also nicht so, dass man hier mit Kanonen auf Spatzen schießt. Grüße Bernd
Bernd F. schrieb: > Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. Eine Sekunde pro Monat wäre schon sehr ambitioniert.
Bernd F. schrieb: > Ich plane gerade eine Präzisionspendeluhr. > Mit 0,5 Hz Pendel, ca. 1 Meter lang. Material wird Glaskeramik > (Ausdehnungsfaktor 0 (+- 0,5) ppm. > > > Üblicherweise misst man die Ganggenauigkeit des laufenden Pendels > und versucht die optimale Konfiguration des Kompensationselementes zu > treffen. > > Nun kommt die Luftdichte ins Spiel, jede Änderung der Temperatur > ändert auch die Luftdichte. Das wirkt auf das Pendel. > > Grüße Bernd Halte die Temperatur konstant. Gegen Dichteänderungen des Mediums hilft entfernen dessen.
Bernd F. schrieb: > Nun kommt die Luftdichte ins Spiel, jede Änderung der Temperatur > ändert auch die Luftdichte. Das wirkt auf das Pendel. Mit einer Art Käseglocke luftdich umhausen. Gleicher Luftdruck, gleiche Luftfeuchte. Und nicht den Strahlungsdruck der Sonne vergessen.
Hans W. schrieb: > Bernd F. schrieb: >> Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. > > Eine Sekunde pro Monat wäre schon sehr ambitioniert. Das weiß ich. Aber wo bleibt der Spaß, wenn ich es nicht versuche. Wesentlich schwieriger, als Temperatur, wird die Luftdichte- Kompensation. Das Problem, daß alle Erbauer solcher Uhren haben ist: Was ist nicht perfekte Temperaturkompensation, was kommt aus anderen Faktoren? Ohne Messungen nicht rauszufinden. Es geht also darum, ein stillstehendes Pendel bei einer Änderung von 1-20 K Unterschied zu vermessen. Grüße Bernd
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Interessante Fragestellung. Das untere Ende des Pendels in der untersten Position mit starker Vergrösserung und einer Kamera beobachten war meine erste Idee, aber da fängt man sich die Abweichungen der Befestigung der Kamera ein, die sicher weit grösser sind. Zwischen Pendelfeder und Pendel ein weiteres Bauteil einfügen, das die Änderung von Feder und Beschlag ausgleicht?
Bernd F. schrieb: > > Es geht also darum, ein stillstehendes Pendel bei einer Änderung > von 1-20 K Unterschied zu vermessen. > > Grüße Bernd Darf es auch liegen?
Ich denke dass du eher die Längenänderung der Aufhängung misst. Diese ändert sich ja auch temperaturabhängig das heißt nur das Wachstum zu messen ist eher schwierig. Huygens hat sich mal damit beschäftigt. https://m.youtube.com/watch?v=qi8jmEbWsxU https://m.youtube.com/watch?v=rAdT4NmESZg Wenn es ein Glasstab ost denke ich dass es am einfachsten ist die Flächen zu polieren und zu beschichten und dann daraus ein Interferometer zu bauen. Applied scienece hat da eine tolle idee mit einer rückkoppelnden Laserdiode. https://m.youtube.com/watch?v=MUdro-6u2Zg Ob da die Kohärenzlänge ausreicht weiß ich nicht. Aber ein tolles Projekt. Lass uns bitte teilhaben. Irgendwer teilt ja immer seine Physikprojekte. Der kennt sich da vll besser aus.
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Bernd F. schrieb: > Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. Man darf das ruhig Nanometer nennen. Lufteinflüsse kannst Du übrigens ausschließen, indem Du den Kram im Vakuum vor sich herumpendeln lässt. Ein Ultrahochvakuum ist vielleicht nicht gleich nötig.
Bernd F. schrieb: > Temperaturkompensation Mit etwas Nachdenken, kommt vielleicht auch eine Idee zur Luftdruckkompensation.
Nebenbei bemerkt hast Du noch die Einflüsse durch den Mond. Das beeinflusst auch Dein Pendel, wenn es ein Schwerkraftpendel sein sollte.
Und was ist mit dem Einfluss des Mondes auf die Gravitation? Wie möchtest du die dann kompensieren? Ach ja, da ist auch noch mehr… Sonne, Mars, Jupiter …. Ganz großes Kino 🤪
Bernd F. schrieb: > Das Problem, daß alle Erbauer solcher Uhren haben ist: > Was ist nicht perfekte Temperaturkompensation, was kommt aus anderen > Faktoren? Ohne Messungen nicht rauszufinden. > Es geht also darum, ein stillstehendes Pendel bei einer Änderung > von 1-20 K Unterschied zu vermessen. Dann zum Messen die anderen Faktoren vermeiden. Pendel im luftdichten Gehäuse betreiben und dieses mit trockenem Stickstoff fluten. Wie hoch ist eigentlich der Mondeinfluss auf die Schwerkraft? Ich schlage vor, den Temperatureinfluss nicht im Stillstand über die Länge, sondern im Betrieb über einige tausend Perioden zu messen. Mit GPS disziplinierten Oszillatoren kann man mit Amateurmitteln weit genauer messen, als für 1s/Jahr notwendig wäre. Wahrscheinlich reicht schon ein eingeschwungener OCXO.
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> Berührungsfrei und genau? Da gibt es doch Michelson-Interferometer. > Hat hier jemand sowas rumliegen? Hehe, das nächste liegt in Italien, https://de.wikipedia.org/wiki/Virgo_(Gravitationswellendetektor) Oder in Potsdam im Einsteinturm, der hätte auch Höhe für ein langes Pendel: https://de.wikipedia.org/wiki/Einsteinturm Wobei, der Michelson experiementierte mit seinem Interferometer in einem Nachbarkeller: https://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment > Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. Alternativ mal Weißlichtinterferometrie andenken: * https://de.wikipedia.org/wiki/Wei%C3%9Flichtinterferometrie Und mal bei Thor-Labs nachfragen resp im Katalog nachschauen.
Bernd, ich bin ja bei Dir, der Weg ist das Ziel. Ich habe in Kopenhagen mal die damalige Normal-Pendel-Uhr gesehen. Literatur-Recherche zu den bisher erzielten Unsicherheiten und die, die geplante Jahundert,,Jahrtausend .. Uhr erziehlen soll hast Du ja sicher schon gemacht. Wenn du es nicht messen kannst, nutze es. Also statt Längen zu messen, messe doch die Pendelfrequenz. Frequenzmessung ist heutzutage mit relativ günstigen Mitteln sehr präzise möglich. Da gibt es hier zum Beispiel das Counterprojekt... GPS stabilisierte Zeitbasis ... Vakuum und Temperaturstabilisierung sind wahrscheinlich der Weg. Meine Kollegen, die Länge sehr genau messen wollen, kämpfen mit sub Millikelvin.. Im Vakuum und im Bunker und und..
Henrik V. schrieb: > Wenn du es nicht messen kannst, nutze es. Also statt Längen zu messen, > messe doch die Pendelfrequenz. Frequenzmessung ist heutzutage mit > relativ günstigen Mitteln sehr präzise möglich. > Da gibt es hier zum Beispiel das Counterprojekt... GPS stabilisierte > Zeitbasis ... Keine Schnapsidee.
Bradward B. schrieb: >> Berührungsfrei und genau? Da gibt es doch Michelson-Interferometer. >> Hat hier jemand sowas rumliegen? > > Hehe, das nächste liegt in Italien, > https://de.wikipedia.org/wiki/Virgo_(Gravitationswellendetektor) > > Oder in Potsdam im Einsteinturm, der hätte auch Höhe für ein langes > Pendel: > https://de.wikipedia.org/wiki/Einsteinturm > > Wobei, der Michelson experiementierte mit seinem Interferometer in einem > Nachbarkeller: > https://de.wikipedia.org/wiki/Michelson-Morley-Experiment > >> Eine Sekunde Ungenauigkeit/Jahr= 1 Millionstel Millimeter. > > Alternativ mal Weißlichtinterferometrie andenken: > * https://de.wikipedia.org/wiki/Wei%C3%9Flichtinterferometrie > > Und mal bei Thor-Labs nachfragen resp im Katalog nachschauen. https://www.youtube.com/watch?v=1WsnnyR_AOg Grüße Bernd
H. H. schrieb: > Henrik V. schrieb: >> Wenn du es nicht messen kannst, nutze es. Also statt Längen zu messen, >> messe doch die Pendelfrequenz. Frequenzmessung ist heutzutage mit >> relativ günstigen Mitteln sehr präzise möglich. >> Da gibt es hier zum Beispiel das Counterprojekt... GPS stabilisierte >> Zeitbasis ... > > Keine Schnapsidee. Das ist der übliche Weg. Das Problem: Sobald das Pendel schwingt kommen die Faktoren Pendelantrieb und Luftdichte (Luftwiderstand) mit ins Spiel. Deswegen hat man nie die Antwort, ob das Pendel wirklich in der Temperatur auf 0 kompensiert ist. Natürlich rechne ich die Kompensation aus, aber die Grundlage sind Datenblätter der Materialien, die alle Streuwerte haben. Grüße Bernd
Bradward B. schrieb: > Wobei, der Michelson experiementierte mit seinem Interferometer in einem > Nachbarkeller: Beitrag "Fabry-Perot-Interferometer" Beitrag "Sensor zum Messen kleinster Weglängen" Beitrag "Re: Physikprojekte" https://stoppi-homemade-physics.de/michelson-interferometer/.
Das Ganze wird ein Experiment, das Wochen, Monate oder Jahre dauern wird. Ich suche noch nach einer Möglichkeit die Pendelschwingungen hoch- präzise zu erfassen (Lichtschranke). Bereits nach 2-3 Tagen sollte ablesbar sein, wie der Gang auf Temperatur reagiert. ( 0,00xx Sekunden). Gps-basierte Referenz. Temperaturänderungen lassen sich simulieren, natürliche Luftdruck- schwankungen eher nicht. Ich habe nicht die Zeit, nach jeder Änderung Monate zu warten. Grüße Bernd
Ein leicht zu bekommender, unstabilisierter HeNe-Laser ist gut für 3e-6. Das reicht net bei 1m Messlänge, 1e-8 ist ja gefragt. Da braucht es einen Jod stabilisierten HeNe.. Wie gut Bragg-Grating stabilisierte Halbleiterlaser aktuell sind, bei welchen Preisen ?
Uhren mit 1s/Jahr Ganggenauigkeit gibt es. https://en.wikipedia.org/wiki/Shortt%E2%80%93Synchronome_clock Da sollte es doch Pläne und Anregungen geben.
Bernd F. schrieb: > Das Problem: Sobald das Pendel schwingt kommen die Faktoren > Pendelantrieb und Luftdichte (Luftwiderstand) mit ins Spiel. Etwas weiter oben schlug ich deswegen Pendel im Vakuum vor. Pendelantrieb? Du bist Mechaniker, Dir wird da schon was einfallen. (Klassische Gewichte an Seilen/Ketten, die elektromotorisch aufgezogen werden, wg. Vakuumdichte, oder auch Federwerk mit Aufzug über eine Magnetkupplung, auch die wäre vakuumdicht)
Ove M. schrieb: > Sonne, "Die durch Shortt verfeinerte Zeitmessung erlaubte erstmals den Nachweis, dass die Erdrotation aufgrund der durch Sonne und Mond hervorgerufenen Nutation nicht völlig gleichmäßig ist." (wikipedia)
Das Pendel kann noch durch weitere Störgrößen beeinflusst werden. Wie ist es denn überhaupt gelagert? Wenn ich an das Aquarium eines Bekannten denke, so erzeugte jedes vorbeifahrende Fahrzeug ausreichend Wellen im Aquarium :-) Von Erdbeben reden wir noch nicht. https://geofon.gfz.de/waveform/archive/ Irgendwie erinnert mich diese Frage an die hochgenaue Widerstandsberechnung eines Studenten bis viele Stellen hinter dem Komma, der dann einen 20%-Widerstand einlöten mußte.
Hallo! Interferometer habe ich schon einige gebastelt, bekommt man u.a. Mit Teilen aus DVD Laufwerken hin. Link: https://youtu.be/wvjbThZjzxM?is=_AYgkKj6QmT37vUU Meine homepage www.stoppi-homemade-physics.de funktioniert im Moment nicht, da gibt es unter Laser/Optik etliche Projekte, mit denen man Längenänderungen im Nanometerbereich erfassen kann. Dieses Projekt hört sich spannend an. Inwieweit dann die vielen Einflußfaktoren das ganze unmöglich machen zeigt die Praxis.
Harald K. schrieb: > > Pendelantrieb? Du bist Mechaniker, Dir wird da schon was einfallen. Harald, es wird eine elektrische Uhr werden. Wahrscheinlich elektromechanisch. Direkter Pendelantrieb mit Magnetspule hat Nachteile. Ein elektromechanischer Antrieb kann so ausgelegt werden, dass er die Amplitude stabilisiert. Steigt die Amplitude, wird automatisch weniger Energie zugeführt. Der Antrieb soll nur das Pendel bewegen. Die Zeitanzeige erfolgt über ein separates Zählwerk, das über Lichtschranke am Pendel ausgelöst wird. Es gibt also kein konventionelles Uhrwerk. (Das könnte ich in der hier geforderten Präzision auch nicht mehr selbst herstellen). Grüße Bernd
Bernd F. schrieb: > > Ich suche noch nach einer Möglichkeit die Pendelschwingungen hoch- > präzise zu erfassen (Lichtschranke). Wurde schon von anderen gemacht, z.B. hier (der Author kennt sich mit der Thematik sehr gut aus): http://leapsecond.com/pend/run125/ Zitat "Measurements were made with a high-speed high-resolution interferometer-based position encoder."
Bernd F. schrieb: > Material wird Glaskeramik > (Ausdehnungsfaktor 0 (+- 0,5) ppm. Sei mir nicht böse, aber du übernimmst dich um mehrer Größenordnungen. Nur mal biss Kontext: 1 nm sind 1 * 10^-6 mm. Ein Druckerpapier hat 0.1 mm Dicke. Das teilst du jetzt in 100000 gleich dicke Teile und bist schon bei 1 nm. Nicht mal Faktor 10 weniger hast du den Atomdurchmesserbereich. Wie willst du denn den Laser fixieren, dass er nicht um 1 nm verschoben wird? Kauf eine Stange Invar 36 (1 m Drm 12 kostet ca. 130 €), dann bist Du bei einem Ausdehnungskoeffizienten von 1.6 * 10^-6. Und bekommst ein Zertifikat mit dazu (k.A. was da drinn steht). Den Rest kannst dann, nur durch Rechnen, mit anderem Material ausgleichen. Ich kann 100 nm relativ messen, da musst du schon aufpassen in welche Richtung du ausatmest. In der mechanischen Bearbeitung gibt es die Toleranzen, Und dabei die IT-Klassen (Grundtoleranzen). Bei 1 m (geht aber nur bis 500 mm, einfach hochgerechnet) und Genauigkeitsklasse 01 (genauer gibts nicht) hat man 0.008 mm Spielraum. Das ist halt dann auch halbwegs realistisch messbar. Aber jeder wird dich rauswerfen wenn du mit der Zeichnung kommst. Den nm Abweichung bekommst du schon, wenn der Schmierfilm im Pendellager grad mal weniger Lust hat. Ich will dich nicht abhalten! Mach gerne weiter damit, das ist super interessant. Aber deine Ziele sind zu hoch gesteckt.
Christoph E. schrieb: > Meine homepage http://www.stoppi-homemade-physics.de funktioniert im > Moment nicht, da gibt es unter Laser/Optik etliche Projekte, mit denen > man Längenänderungen im Nanometerbereich erfassen kann. Christoph, er möchte 1m mit 1e-8 messen, über Stunden, Tage, absolut! Da braucht es ein sehr sorgfältig aufgebautes Interferometer, mindestens homodyne Quadratur. Dann muss der Referenzarm auch entsprechend stabil sein... (Da gibt es aber ggf einen Trick) Und er braucht dennoch einen Laser dessen Wellenlänge etwas besser als 1e-8 stabil ist. CD oder allgemein unstabilisierte Diodenlaser sind das nicht. Ich erinnere mich an ein paar YT Videos von jemanden, der ein kleveres Interferometer mit temperaturgeregltem Diodenlaser und Stabilisierung über eine (Zerodur) Referenzstrecke gebaut hat. Wie genau er es geschafft hat?? Ich kalibriere Laserdopplervibrometer, die können pm Schwingwege messen, aber keinen Meter mit nm Genauigkeit, u.a. da der Laser nicht die erforderliche Stabilität hat (einfacher HeNe). Zeit kann man erheblich genauer messen, zu deutlich geringeren Kosten. Time to digital converter, TDC, in Verbindung mit GPS stabilisierten OCXO .. Genaue Lichtschranken arbeiten typischerweise differentiell. Am Ende des Pendels zwei Photodioden an die Kanten, seriell verschaltet, zwei Widerstände seriell,Nulldurchgang der Brückenspannung, und eine dritte PD dazwischen, um über einfache Logik nur dann zu messen, wenn das Pendel dazwischen ist, sollte der Schwingweg so groß sein, dass er die Lichtschranke verlässt.
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