Jste zde

Domů

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny

Kategorie časoměrných přístrojů:

Kategorie:

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny jsou doposud nejpřesnější sestrojené kyvadlové hodiny, které vynalezli v roce 1921 britský železniční inženýr William Hamilton Shortt ve spolupráci s hodinářem Frankem Hope-Jonesem a vyráběné společností Synchronome Co., Ltd. of London ve Velké Británii. Jednalo se o nejpřesnější kyvadlové hodiny, které se kdy komerčně produkovaly.

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny se staly nejvyšším standardem pro časomíru mezi dvacátými až čtyřicátými léty 20. století

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny byl první hodiny, které byly přesnějším časoměřičem než Země samotná, což bylo uváděno poté, co byly v roce 1926 objeveny malé sezónní změny v rychlosti rotace Země. Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny dosáhly přesnosti přibližně jednu sekundu za kalendářní rok; ba dokonce nedávná měření ukázala že byly ještě přesnější. Shorttových mechanických synchronomních volných kyvadlových hodin bylo vyrobeno asi 100 kusů mezi  léty 1922 až 1956.

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny odměřovaly čas dvěma kyvadly

Shorttovy mechanické synchronomní volné kyvadlové hodiny odměřovaly čas dvěma kyvadly, kdy hlavní kyvadlo se pohybovalo ve vakuové nádrži a sekudnární kyvadlo bylo umístěno v oddělených hodinách. Sekundární kyvadlo bylo synchronizováno k hlavnímu kyvadlu elektrickým obvodem a elektromagnety. Podřízené, sekudnární kyvadlo bylo připojeno k časoměrnému mechanismu hodin, takže hlavní kyvadlo pracovalo prakticky bez veškerých vnějších vlivů.

Popis shorttových mechanických synchronomních volných kyvadlových hodin

Shorttovy hodiny se skládají ze dvou samostatných jednotek, a to kyvadla v měděném vakuovém tanku o průměru 26 cm a výšce 125 cm připojeného ke stěně a přesných kyvadlových hodin, které jsou k hlavnímu kyvadlu připojeny ve vzdálenosti několika metrů. Aby se zabránilo případné vazbě mezi kyvadly, obě jednotky byly buď umístěny daleko od sebe v různých místnostech a nebo byly jednotky orientovány tak, aby roviny kyvu obou kyvadel byly od sebe vzdálené přesně devadesát stupňů. Připojené hodiny sestávaly z upravené verze standardních synchronních hodin Synchronome. Tyto dvě složky byly spojeny dráty, které nesly elektrické impulsy, jenž indukovaly elektromagnety v mechanismu tak, aby udržely obě kyvadla v kyvné synchronizaci. Tyčové kyvadlo vážilo 14 liber ( 6,35 kg ) bylo vyrobeno ze slitiny invaru pro snížení tepelné roztažnosti a kontrakce kyvadla, která způsobí, že se perioda kyvadla mění se změnami teploty. Míra zbytkové tepelné roztažnosti byla kompenzována na nulu kovovou vložkou pod závažím. Vakuová nádrž byla vakuována ručně ovládaným čerpadlem na tlak, aby se zabránilo změnám atmosférického tlaku, což by mohlo ovlivnit rychlost kyvadla, a také aby se výrazně snížil aerodymaický odpor na kyvadle.

Výsledkem řešení dvou kyvadel bylo čtyřnásobné zvyšení přesnosti Shorttových hodin

Experimenty firmy Shortt ukázaly, že se energie při určitém tlaku spotřebovaná ohýbáním odpružené pružiny vyrovnala energii spotřebovanou vychýlením zbytkových molekul vzduchu, a proto nebylo nutné aplikovat vyšší vakuum. Obě kyvadla byla sekundová kyvadla přibližně 1 metr dlouhá, s dobu kyvu dvě sekundy, každý výkyv hlavního vakuového kyvadla trval přesně jednu vteřinu a přirozená rychlost sekundárního kyvadla byla o několi desetin vteřiny delší. Kyvadla dostávala tlak z mechanismu jednou za 30 sekund, aby se udržely kyvné. Hodiny umístěné u sekundárního kyvadla byly vybaveny dvěma ciferníky hodin. Tyto ciferníky zobrazovaly čas u každého kyvadla pro ověření synchronizace. Sekundární hodiny, takto přesně synchronizované dvěma kyvadly měly rovněž elektrické terminály, které produkovaly časovací signál 1 Hz. Dráty pro připojení pak mohly být připojeny k těmto hodinám a přenášet tak přesný časový signál k hodinám v jiných městech nebo k vysílání rádiem.

Přesnost Shorttových hodin

Kyvadlo, které se pohybuje ve vakuu bez tření a při konstantní amplitudě kyvu bez vnějších vlivů, teoreticky udržuje perfektní čas bez odchylek. Nicméně, kyvadla v hodinách musí být spojena s mechanismem hodin, který ruší jejich přirozený švih, a toto bylo hlavní příčina chyby v přesných hodinách časného 20. století. Běžný mechanismus hodin spolupracuje s kyvadlem, kde každý výkyv kyvadla vykonává dvě funkce : nejprve musí kyvadlo aktivovat určitý druh vazby pro zaznamenávání času. Za druhé, mechanismus hodin, vyvolaný spojením s kyvadlem, musí kyvadlu dát impulz, aby nahradil energii, kterou kyvadlo ztrácí, aby jej udržel v kyvu. Tyto dvě funkce narušují pohyb kyvadla, neboť dochází ke tření a navíc je třeba pohnout mechanismem hodin. V roce 1984 Pierre Boucheron studoval přesnost Shorttových hodin uchovaných na US Naval Observatory. Pomocí moderních optických senzorů, které detekovaly přesný čas průchodu kyvadla aniž by ho rušily, porovnal jejich rychlost s atomovými hodinami po dobu jednoho měsíce. Zjistil, že Shorttovy hodiny jsou stabilní na 200 mikrosekund za den, což odpovídá chybě jedné sekundy za 12 let. Tato data výrazně překvapila, neboť hodiny byly mnohem přesnější než původně uváděná 1 sekunda za rok. Data měření odhalila, že hodiny byly natolik citlivé, že detekovaly drobné změny gravitace způsobené přílivovými deformacemi způsobené gravitací Slunce a Měsíce v době přílivu.

Kyvadla Shorttových hodin omezují vnější vliv na hlavní kyvadlo téměř na 100%

Předností Shorttových hodin je, že jsou prvními hodinami, které omezují rušení hlavního kyvadla vlivem impulsu pouze tím, že kyvadla vydávají impuls jednou za každých 30 sekund přesně (30 kyvadlových výkyvů) a druhé kyvadlo eliminuje veškerou další interakci s hlavním kyvadlem. Kyvadlo generováním potřebného přesného časovacího signálu pro řízení hodin, tedy pro zaznamenávání času, získává ze samotného impulsního mechanismu, přičemž kyvadlo se kýve bez jakýchkoliv vnějších vlivů.