Eine Sekunde in hundert Tagen - das Ergebnis

Standort Königliches Observatorium

27. Juni 2015

Können Meerjungfrauen Menschen werden?
Als ich das letzte Mal über Clock B schrieb, hatten wir gerade eine offizielle 100-Tage-Testversion begonnen, um zu sehen, ob sie mit John Harrisons Erwartungen Schritt halten würde. Im letzten Blog Post die Bedingungen und Ziele des Prozesses wurden umrissen. Burgess Clock B am Royal Observatory, Greenwich In diesem Beitrag werde ich ein kleines Detail zur Überwachung der Uhr hinzufügen und das Verhalten der Uhr während des gesamten Prozesses aufzeichnen. Erstens sollte ich wiederholen, dass die Uhr während des gesamten Prozesses in einem Plexiglasgehäuse aufbewahrt wurde und der Zweck des Gehäuses nur darin bestand, die Uhr vor Staub, Spinnen und Menschen zu schützen; es bot keine hermetische Abdichtung, so dass das Pendel in freier Luft schwingt und daher von jeder Änderung der Temperatur, des Luftdrucks oder der Feuchtigkeit beeinflusst wird. Das Uhrengehäuse wurde im April 2014 verdrahtet und durch Wachsabdrücke, die freundlicherweise von der Nationales physikalisches Labor (NPL) und die Anbetungswürdiges Unternehmen der Uhrmacher . Damit daran nie zweifeln kann Uhr B während des gesamten Versuchs vollständig den atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt war, wurde ein Umgebungssensor im Inneren des Gehäuses versiegelt. Dies lieferte ein kontinuierliches Protokoll von Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit zusammen mit dem Takt und der Amplitude der Uhr (Pendelbogen). Elektronische Protokollierung der atmosphärischen Bedingungen im Gehäuse sowie des Gangs und der Pendelamplitude der Uhr während des 100-Tage-Tests Die elektronischen Daten geben einen sehr guten Überblick über die Eigenschaften der Uhr und dienen als nützliche Referenz, um die Umwelteinflüsse auf die Uhr zu überprüfen Laufen. Barometer Der Luftdruck schwankte mit einigen besonders großen Schwankungen während der Mitte des Versuchszeitraums, von denen der größte zwischen 977 und 1038 Millibar lag. Aus der obigen Grafik ist kein Einfluss auf den Takt der Uhr erkennbar, aber als Tom van Baak die Rohdaten unter die Lupe nahm, konnte er zeigen, dass es einen kleinen Effekt gab und dass etwa 96% des barometrischen Einflusses kompensiert wurden . Streudiagramm, das den Einfluss des Barometers auf die Frequenz von 2013 bis 2014 vor der Kompensationsanpassung (links) und während des Versuchs (rechts) zeigt Amplitude Aus der Grafik ist ersichtlich, dass die Amplitude des Pendels hauptsächlich durch den Luftdruck beeinflusst wird, was zu erwarten ist, da die Luftdruckkompensation auf Amplitudenänderungen beruht, um die Geschwindigkeit des Pendels über die Aufhängungsfeder und die Wangen zu regulieren. Betrachtet man die kälteste Phase während des Versuchs, wird deutlich, dass die kühleren Bedingungen auch die Amplitude des Pendels beeinflussten und den Schwungbogen weiter reduzierten, da kalte Luft dichter als warme Luft ist. Temperatur Den stärksten Einfluss auf den Takt hat die Temperaturänderung. Wenn man sich die obige Grafik ansieht, kann man zwischen den Tagen 18 und 28 einen starken Temperaturabfall erkennen. Während dieses Teils des Versuchs reagierte die Uhr positiv auf einen Abfall von etwa 4 Grad Celsius und das Pendel beschleunigte sich um fast 0,000001 Sekunden pro Schwung. Da ein Tag 86.400 Sekunden hat, entspricht diese Geschwindigkeitsänderung einem Gewinn von 0,086 Sekunden pro Tag. Dieser kleine Temperatureffekt wurde erst sichtbar, nachdem die barometrische Kompensation angepasst wurde, wie in Toms Toms Streudiagrammen besser zu sehen ist. Das Diagramm 2012/13 zeigt, dass die Uhr für Temperaturänderungen leicht überkompensiert war (die Uhr lief bei Hitze schneller) vor der Anpassung für die barometrische Kompensation. Danach, ohne Änderung der Temperaturkompensation des Pendels, lief die Uhr bei Hitze langsamer. Darstellung des unterschiedlichen Temperaturverhaltens der Uhr vor und nach der barometrischen Kompensation Hier lässt sich vermuten, dass ca. 94 % der physikalischen Veränderungen in den Komponenten der Uhr kompensiert wurden und diese neue Eigenschaft durch sich ändernde Luftdichte verursacht wurde. Da kalte Luft dichter ist, fügt sie dem Pendel mehr Widerstand hinzu und das Pendel verbraucht mehr Energie, wodurch der Schwungbogen verringert wird und die Uhr dadurch etwas schneller läuft. Feuchtigkeit Der Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf den Takt der Uhr ist minimal, wenn nicht sogar null. Eine Quantifizierung dieses Effekts würde den Rahmen des aktuellen Datensatzes sprengen. Manuelle Aufnahme Da die elektronische Datenerfassung nicht unfehlbar ist, wurde beschlossen, den Gang der Uhr während des gesamten Prozesses manuell zu erfassen und als Primärdaten zu verwenden. Wie mit der NPL vereinbart, die als Peer-Reviewer des Prozesses fungierte, und MSF Funkuhr war unser Hauptzeitstandard, der regelmäßig mit einem NTP Uhr. Zu Beginn des Versuchs wurde eine Augen-Ohr-Methode verwendet, um die Uhr zu messen. Das Telefonzeitsignal wurde mit der MSF-Uhr verglichen und dann zur Messung verwendet Uhr B 's Rate. Im weiteren Verlauf des Versuchs wurden die Beobachtungen verbessert, indem ein Zeitlupenfilm des Pendels und der MSF-Uhr (siehe unten) aufgenommen wurde, um den Bruchteil der Sekunde besser einschätzen zu können. https://www.youtube.com/watch?v=4J8ZpsUTgR0 Die Ergebnisse Die folgende Grafik zeigt sowohl die elektronischen als auch die manuellen Plots. Der Abstand zwischen den beiden Zeilen beträgt etwa eine Viertelsekunde, da elektronische Daten von Null ausgehen und die manuelle Aufzeichnung berücksichtigt, dass die Uhr B zeigte koordinierte Weltzeit -1/4 Sekunde zu Beginn des Versuchs. Zeigen der manuellen Aufzeichnung und der elektronischen Aufzeichnung für die Dauer des Versuchs Wie zu sehen ist, wurde die elektronische Ausrüstung gegen Ende des Versuchs für einige Tage getrennt und wir verloren ein wenig der elektronischen Daten, aber die manuelle Aufzeichnung wurde fortgesetzt und verifiziert an Tag 100, dass die Uhr deutlich im Bereich von einer Sekunde lag. Die endgültige Zahl nach 100 Tagen war ein Fehler von -5/8 einer Sekunde, die zunahme Uhr B , John Harrison, Martin Burgess, Don Saff, die vielen anderen, die an der Erforschung und Fertigstellung eines Guinness-Weltrekords für die 'genaueste mechanische Uhr mit einem in der freien Luft schwingenden Pendel' beteiligt waren. Burgess Clock B hat uns gezeigt, dass die Prinzipien des Pendeluhrensystems von John Harrison tatsächlich richtig waren und hoffentlich wird dieses Ergebnis weitere Studien unterstützen und andere Uhrenbauprojekte ermutigen, die Theorie weiter zu testen. Uhr B ist 'offiziell erstaunlich' Wie geht es weiter mit Uhr B? Die Uhr läuft noch immer in der Uhrmacherwerkstatt des Royal Observatory, Greenwich und es ist geplant, die Uhr durch den Einbau einer einstellbaren Temperaturkompensation zu verbessern. Sobald dies abgeschlossen ist, wird erwartet, dass die Uhr die von Harrison vorgeschlagene '...schöne 2 oder 3 Sekunden im Jahr' übertrifft. Eine Momentaufnahme der erfassten Daten, die deutlich die Energieänderung zeigt, die dem Pendel während des Remontoire-Zyklus verliehen wird Kurz nach der letzten Konferenz verbrachten Tom und ich einen Tag damit, die Uhr mit einem fortschrittlichen Überwachungssystem zu studieren, das eine genaue Untersuchung des Verhaltens der Uhr ermöglichte für jeder Schlag des Pendels. Um einen Eindruck von der Art von hochauflösenden Daten zu vermitteln, die wir in Zukunft sammeln und untersuchen möchten, zeigt die obige Grafik die zyklischen Veränderungen, die mit dem Remontoire-Mechanismus inhärent sind. Darüber hinaus arbeiten wir daran, die Proceedings der beiden Konferenzen zu veröffentlichen. Weitere Informationen dazu werden veröffentlicht, sobald sich das Projekt zu kristallisieren beginnt, aber in der Zwischenzeit Uhr B kann im Royal Observatory in der Uhrmacherwerkstatt aus unserer Time for the Navy-Galerie besichtigt werden.