menu close Teknologiens Mediehus
person Konto arrow_drop_down
Kan aktuatoren klare presset? Er kulfiber bedst til at standse svingninger? Hvordan klarer sensoren regnvejr?
Spørgsmålene hober sig op for den lille gruppe af ældre borgere i Svendborg, der er gået sammen om at opføre et Foucault-pendul i byens midte.
Umiddelbart virker det måske som en smal sag. Det er bare en kugle, der skal dingle frem og tilbage. Men når wiren skal være 67 meter lang, kuglen veje 1,4 ton, og svingene nøje skal afstemmes med at holde en amplitude på 5 meter, så er det pludselig ikke en smal sag. Og læg dertil, at det hele skal styres af elektronik og sensorer, der gerne skal være vedligeholdelsesfrie i mindst 10 år.
»Jeg er sikker på, at vi kan få det til at virke. Det viste den undersøgelse, vi fik udført af en civilingeniør, også. Men vi vil rigtig gerne have andre øjne på projektet. Vi leder efter den bedste løsning, hvad angår alt fra materialevalg til valg af elektronik og metode … for vi er jo bare en flok halvstuderede røvere,« siger en af initiativtagerne, Poul Vase, om gruppen af Svendborg-borgere bag projektet. Gruppen tæller blandt andre en pensioneret læge, lærer, konsulent, en skribent af undertekster til tv, 'og så er der en, som bare er enormt god til at smøre leverpostejmadder', som Poul Vase udtrykker det.
En helt central udfordring er at få kuglen til at svinge konstant dag og nat. Kuglen er nemlig nødt til at få tilført kraft for at svinge. Undersøgelsen udført af civilingeniør Ivar Balslev skitserede tre mulige metoder: 1. magnetisk tiltrækning eller frastødning, 2. bevægelse af et lod op og ned i kuglen, 3. bevægelse af hele kuglen op og ned.
Den første metode er udbredt flere steder i verden og er også brugt i Foucault-pendulet i Panthéon i Paris. Her er en permanent magnet anbragt i kuglen, mens en elektromagnet under kuglen i midtpunktet holder kuglen i gang. Den metode har gruppen dog fravalgt, fordi det er svært at skaffe standardkomponenter.
Den anden metode er særlig interessant, blandt andet fordi den er nytænkende. Et lod i selve kuglen, som bevæger sig op og ned, kan få kuglen til at holde sig i gang som et barn på en gynge. Metoden har været forsøgt af en gruppe borgere, der har vist, at princippet kan virke ved brug af trykluft.
En anden løsning er at bruge udstyr fra den førende producent af aktuatorer, Festo, der kan stille hardware og software til rådighed. En særlig udfordring er synkroniseringen af op-ned-bevægelsen - her foreslår civilingeniør Ivar Balslev, at en lysgiver under kuglen i midtpunktet lyser opad; et hul i kugleskallen lader så lyset passere, hver gang pendulsnoren er lodret. En detektor i kugleskallen giver derefter - med forsinkelse - besked til aktuatorkontrollen om at starte op-ned-bevægelsen.
Modargumentet mod den metode er, at vindpåvirkningen af pendulet vil være større, fordi en ledning skal føres ned langs wiren til kuglen.
Den tredje metode er den, som Svendborg-gruppen hælder til. Her anbringer man en aktuator i toppen og skaber gyngebevægelsen ved at bevæge hele kuglen op og ned. Den metode er også anvendt flere andre steder i verden, og beregninger viser, at det kun er nødvendigt at løfte kuglen fem centimeter for hvert løft for at holde gang i svinget.
Fordelen ved denne metode er, at man kan skaffe standardkomponenter og undgår en tyk wire. Men ulempen er, at man klumper mekanik og elektronik sammen 67 meter over jorden, og endelig så skal det hele kunne klare 1,4 ton. En løsning kunne dog være at bruge en kontravægt, der kører ned langs en af ophængets sider. På den måde skal aktuatoren ikke arbejde med hele 1,4 ton under hvert løft.
Gruppen bag pendulet er også bekymrede for, om tårnet går i svingninger, hvis det er lavet af metal, og overvejer andre materialer som kulfiber. På tegnebrættet har der også været overvejelser om at placere aktuatoren i et ophæng, der modvirker eventuelle svingninger i tårnet.
Kuglen:
Diameter: 1,4 meter
Overfladeareal: 6,16 m2
Rumfang: 1.437 dm3
Vægt netto: 650 kg
Totalvægt med fyldt vandtank: 1.430 kg
Wiren:
Længde: 64 meter
Diameter: 0,8 cm
'Areal' (højde x diameter): 0,51 m2
Udsving: 5 meter til hver side fra 0-stilling
Svingningstid: 16,0 sec.
(Fra yderstilling til modsatte yderstilling og tilbage til udgangspunktet)
Omkreds af ydercirkel: 31,41 meter
Én Foucault-drejning på 360 grader: 29 timer og 20 minutter
Foucaultdrejning målt på ydercirkel: Ca. 0,5 cm/sving
Læs mere om de tekniske overvejelser vedr. Svendborgpendulet
Tekniske Overvejelser Vedr Svendborgpendulet April 16 by Ingenioeren on Scribd
Er kompensationen rent tab, eller skal der også korrigeres for vindlaster på snoren, sne på systemet osv. Da vindmodstand skalerer med v^2 vil jeg gætte på, at vindlaster er 4-6 størrelsesordener større end den rene dæmpning af luften.
Med andre ord, skal det være et ægte Focault pendul, eller skal det være en konstruktion med indbygget korrektion der tvinger pendulet ind i den teoretiske bane for et Focault pendul? Dette vil være afgørende for løsningen.
Nemmeste måde (bortset fra den elektromagnetiske) vil efter min mening være, at have to små aktuatorer der virker på tværs af strengen, oppe nær toppunktet. De skal ikke bære noget, men blot skubbe til snoren.
To små Festo aktuatorer burde kunne gøre tricket
Hvordan vil du sikre dig, at aktuatorerne skubber i den rigtige retning, der jo ændrer sig hele tiden?
Fordelen ved de tre skitserede løsninger er netop, at de til alle tider er uafhængige af den retning, pendulet svinger i.
Lav kuglen i magnetisk materiale og læg en cirkulær spole i terræn centreret under ophængspunkt. Magnetiser spolen med DC når kuglen bevæger sig mod centrum, og sluk for strømmen når den passerer centrum. Kraften på kuglen vil altid være rettet mod centrum af spolen uanset pendulets svingningsretning.
Hvordan sikrer de skitserede løsninger at pendulet svinger i den rigtige retning, hvis vinden puster det mod "højre"?
Hvis ikke man gjorde noget, hvor længe ville pendulet så svinge af sig selv?
Jeg tænker på om der kan være noget pædagogisk i at "trække det op" med jævne mellemrum som et ur. Denne begivenhed, hvor kuglen føres væk fra centrum og slippes, ville i selv selv være seværdig og give folk en ide om de fysiske kræfter der er på spil.
At holde et pendul i gang mekanisk er jo på en måde snyd - specielt hvis man korrigerer for retningen, da man så har svært ved at overbevise folk om, at de bevægelser man ser skyldes jordens rotation.
Det kræver selvfølgelig at det ikke er alt for tit, derfor mit indledende spørgsmål.
Tag på studietur i København på geologisk institut. Her blev for 20 år siden hængt et pendul op, der blev drevet via en elektromagnetisk spole midt under pendulet.
Da perioden er konstant, og kendt, skal man bare tænde spolen i et øjeblik mens lodet svinger tilbage mod centrum. Og dette skal gøres med kendt og konstant frekvens
Så det eneste man har brugfor er: - en klump jern i loddet. - en eletromagnetisk spole - et relæ
Der er ingen bevægelige dele, der er ingen elektronik, med andre ord meget lidt der kan gå i stykker. Og hvis der skal justeres på noget, så befinder alle relevante dele sig i jordhøjde.
Endvidere er det centersymetrisk således at der ikke er skævtrækning af pendulet.
Så det er klat mit forslag.
Men, en anden ting, jeg mene at uanset hvilken løsning i vælger, så vil I få problemer med vinden. Husk at den coriolis kraft der får pendulet til at dreje er meget meget lille, mens de påvirkninger der kommer fra vinden vil være meget større.....
der har lavet mekaniske elektriske ure der som Henrik Hansen skriver får en elektromagnetisk impuls af passende størrelse. Jeg har set et pendul ur der fik impulsen fra et kviksølvrelæ.
Argumentet for ikke at vælge den simpleste løsning (metode 1) er, " fordi det er svært at skaffe standardkomponenter"
Jeg lavede for år tilbage et pendul med et ca. 6 kg lod ophængt i ca. 2 m wire. Det var drevet af indmaden fra et "Kaos pedul", som dette :
http://www.sparkbangbuzz.com/els/magkick-e...
Det kunne svinge i ugevis bare på et 9 volt batteri, det er vel bare at skalére op . . . .
...er ikke nødvendigvis en god ide. Industrikulfibre er som udgangspunkt meget stærke, og selv hvis man sammenligner med højstyrke konstruktions-stål, vil kulfibrene være 4x stærkere.
I en konstruktion som denne er det dog ikke brudstyrken af materialet som er dimensionsgivende, men derimod fleksibiliteten... og på det punkt ligger selv alm. stål foran kulfibrene med 1,66x.
Jeg skal ikke afvise at man med specielle laminater kan designe profiler som i det aktuelle design vil være stivere end tilsvarende i stål... men så begynder vi også at snakke nogle meeeeget dyre løsninger.
Alternativt vil jeg forslå at man erkender hvad man har erkendt i byggebranchen for mange år siden, at det er praktisk talt umuligt at lave en statisk konstruktion, forstået på den måde, at den vil komme til at bevæge sig uanset hvor solidt man bygger den. Og så blot dimensionere den efter at kunne optage de dynamiske kræfter.
Undgå mekanisk bevægelige komponenter i 65½ meters højde hvis det er muligt... Eller tag en snak med vindmølleindustrien...
Ja, dette er klart bedste metode - i hvert tilfælde for et indendørs pendul. For et udendørs pendul vil du være nødt til konstant at korrigere for vindpåvirkning. Det er så ikke et "ægte" pendul, men noget der svinger på en "Focault-agtig" måde med aktiv tilbagekobling.
Bedste løsning på den nød afhænger af den præcise udformning af systemet. Hvis afstanden til jorden er behersket, vil det være muligt at "aflytte" pendulets position vha hall-sensorer eller magnetoresistive elementer der er skjult under overfladen.
Pendulet på Stenomuseet i Århus bruger netop en cirkulær spole i gulvet. En pickupspole i centrum detekterer pendulets hastighed. Dette signal omsættes til en strømpuls i den store spole, hvis varighed er omvendt proportialt med hastigheden. Kontakt Steno eller undertegnede for detaljer.
Griffith Observatory i Los Angeles har netop sådan et pendul hængende. Det tegner en streg i sand på bunden af tårnet det er monteret i. Sjovt nok drejer stregen 360° rundt i løbet af et døgn. Hvorfor spørge I ikke dem hvordan de har bygget det.
Når problemet med svingningen er løst ville det være fint med en planche, der forklarer hvorfor drejningstiden i Svendborg ikke er 24 timer, og gerne i let forståelige vendinger....
Så er der noget galt. På L.A.s bredde skulle det kun være 201°.
...var rettelig den, der gav den første modellering af den fiktive kraft, som kunne benyttes i kinematiske sammenhænge for legemers bevægelse hen over Jordens overflade. I formlerne indgår denne Coriolis' kraft, selv om det slet ikke er en kraft; men giver en korrekt beskrivelse af banen på den roterende jordoverflade. Højre drejende på nordl. halvkugle, og venstre på sydl. halvkugle. Han illustrerede "kraften" med et svingende pendul over en sandkasse, og udledte flg. formel: C = 2m x v x sinb, hvor m er legemets masse, v er det hastighed og b er breddegraden. Der er altså kun tale om variation af "kraftens" størrelse (sinb = 0 v. ækv. og sinb = 1 v. polerne). Der er ikke noget tidselement involveret, hvorfor pendulets cirkulations-frekvens er den samme som Jordens, uafhængigt af breddegraden,
Der er forskeld på et celestisk døgn og et terrestisk døgn - det første er jordens omdrejning i forhold til stjernehimlen - det andet er jordens omdrejning i forhold til solen. Da vi mennesker drejer med jorden rundt, er vores døgn regnet i forhold til solen og jorden vandre rundt om solen på et år, samtidig med at jorden drejer om sin akse - derfor er et celestisk døgn mindre end et terrestisk døgn, nemlig et døgn mindre, nemlig det døgn (jordomdrejning), der mistes i forhold til solen på et år. Vi ser solen stå op i øst og gå ned i vest - samtidig følger himlen med, men solen går hurtigere end himlen - en grad hurtigere i døgnet - set her fra jorden hvor vores verden har sit udgangspunkt.
Bedst med spole i terræn. Det er ikke en standardkomponent, men kan laves af vores gode danske trafofabrikanter. Der er sikkert nogle, som vil beregne spolen ud fra jeres oplysninger. Kan støbes ned og holde i mange år.
Jeg vil også stemme for en spole, så pendulet bliver helt passivt. Måske der skal være noget styring af strømmens styrke, for at sikre udsvinget bliver konstant også ved blæst. I øvrigt byggede jeg engang en gynge med 3 til 4m lang snor, og jeg blev forbavset over så meget arbejde med kroppen der skulle til for at holde den i gang.
Nå - jo - og pendulet bevæger sig i forhold til jorden og rummet - ikke i forhold til jorden og solen - da vores tidsregning er i forhold til solen, så vil pendulet ikke gå 360 grader i døgnet, for døgnet er ikke i forhold til rummet men døgnet er i forhold til solen. Hvordan "ser" pendulet så rummet (og jordtyngdefeltet) - Ja, det må vi stadig spørge guderne til råds for vi mennesker ved det endnu ikke. Det er vel også det der det sjove ved ideen om at opstille pendulet - vi kan se det taler med rummet og gravitationen men ikke hvordan.
Til bevægelsen, ville jeg bruge den model med vippearmen i toppen og styringen forneden - enkelt og gennemskueligt.
På Louisianna (og andre steder i verden) er opstillet en installation af Dennis Oppenheim, bestående af en klokke i en wire hvor en mandsling med metalhoved med (u)jævne mellemrum forsøger at nikke klokken en skalle. Når det lykkes, og det gør det jo kun når klokken er inden for rækkevidde, kan det høres i hele museet, og klokken får da kræfter til at svinge videre til næste gang skallenikningsforsøget lykkes. Det er nemt at drage en vis analogi tildelt her beskrevne problem med at holde et pendul i gang. Hvor mange skub, og hvor tit, og fra hvor mange steder rundt i "manegen" de skal komme afhænger bl.a. af svaret på et af de indledende spørgsmål: Hvor længe kan pendulet svinge af sig selv, under de værst tænkelige vind- og vejrforhold. Det vil kunne komme til at se sjovt ud... Måske man kunne lade de figurer, som pendulet tænkes at skulle vælte, først give pendulet det fornødne skub...
... var ikke lige det første jeg tænke på, når jeg tænker på Ivar Balslev :-) En helstuderet røver måske.. ;-)
Men det er væsentligt, at pendulet er passivt svingende. Ellers vil man til hver en tid kunne rejse spørgsmål om, hvad der egentlig bevirker ændringerne i pendulets svingningsplan. Derfor er det også helt nødvendigt, at det er skærmet for vinden.
Findes der sådan et pendul et eller andet sted på ækvator?
Og vil omdrejningstiden så være uendelig?
Ellers er det ikke et rigtigt pendul med konstant længde og frekvens!
Mht. urmagere og sådant, koster et spolebaseret pendulværk fra Conrad under en hund. Her skal spolen godtnok være større, men ellers er det det samme.
Hvorfor ikke erkende at vinden er kommet for at blive og så lade pendulets sving være uperfekt?
På stille dage vil der ofte også være smukt vejr og flest besøgende og her vil man jo se Foucault vandringen, og når det rigtig stormer skal der alligevel indtænkes noget sikkerhed i konstruktionen, som nok alligevel vil gøre perfekt foucault svingning umulig. Der vil heller ikke være så mange ude at kigge på det.
Man kunne jo med en lysinstallation i gulvet, evt i kombination med en laser i kuglen vise den ideelle kurve, og så kan man jo samtidig lade beskueren undre sig over effekten af vinden og hvordan verden i virkeligheden består af komplekse sammenkædede effekter.
Det vil under alle omstændigheder bliver et imponerende kunstværk og helt sikkert en stor attraktion.
Det her må være den enkleste og bedste løsning.
Få jeres civilingeniør til at give et bud på dimensionering. Rammer han nogenlunde rigtigt, bør man kunne justere anlægget ind med en spændingsregulator.
Spolen er ikke hyldevare, men den burde kunne fremstilles på en weekend for et ganske beskedent beløb.
Det får ihvertfald mind stemme.
Det ville være et interessant forsøg - Fremstille et mobilt Foucault pendul - rejse til, en række steder langs ækvator og der, afprøve pendulet i mindst et døgn - filme pendulet med time-laps - være den første til at lægge filmen på you-tube.
Hvad ville filmen vise - Jeg tror pendulets bevægelsesplan ville have uændret retning i lang tid for så, forholdsvis pludseligt, at dreje 180 grader - og så tror jeg - efter 12 timer ville den vende tilbage til samme retning.
Ville der være et sted på jorden (ækvator) hvor pendulet ikke skifter retning - jeg tror det ikke - men måske kunne man finde små uregelmæssigheder i rummets el. ækvators el. gravitationens struktur - måske er det gjort.
Kære pendulvenner - må jeg foreslå - at der opsættes et obelisksolur samme sted som pendulet - her vil man kunne se, at solen og rummet ikke har samme hastighed, set her fra jorden. Jeg har opstillet et solur i Mijas i sydspanien - efter 3 solure og 4 obelisker er det lykkedes at gøre det solidt nok til offentlig brug. Jeg vil lægge nogle billeder på min facebook.
Hvorfor ikke lade folk selv sætte pendulet i svingninger. Ingen bliver jo 24 t for at se et pendul svinge?
Kunne man ikke forestille sig en kugle med 'vinger', så det netop er vinden, der holder pendulet i gang?
Jeg kunne godt tænke mig sådan en tingest - altså hvor spolen er placeret under loddet/kuglen. Men jeg kan simpelthen ikke finde en, hverken hos Conrad eller andre steder.
Har du et link?
Kraften, der ganske langsomt ændrer pendulets svingningsplan, er Corioliskraften, som virker mod højre i bevægelsesretningen.
Den beregnes med formlen F=m v w sinB, hvor m er massen, v hastigheden, w jordens vinkelhastighed i radian pr sekund og B er Svendborgs breddegrad. Pendulet bevæger sig 20 m på 16 sekunder, dvs. middelhastiheden er 1,25 m/s. Indsat fås F =1400kg* 1,25m/s7,2910^-5rad/s*sin(55gr.) = 0,104 N.
For at kunne påvise virkningen af denne kraft skal alle andre kræfter vinkelret på bevægelsen være negligible. Selv med den påtænkte afskærmning vil der være turbulens omkring loddet. Højere oppe er wiren udsat for den frie vind.
Jeg sidder netop med et tebrev i hånde. Det vejer ca. 2 g. Det påvirker min hånd med en kraft på 0,02 N. Tror nogen på, at lod og kabel selv under gunstigste forhold påvirkes af vindkræfter, som er mindre end dette? Et Focault-pendul ophængt udendørs vil bevæge sig som – ja som vinden blæser.
Men kan man ved svag vind inden for en time se et markant udslag der viser effekten?
Hovsa, der forsvandt lige en faktor 2: F=2 m v w sinB, og resultatet er så F=0,208 N. Og vinkelhastigheden af jordrotationen skal skrives 7,29*10^-5 rad/s Det ændrer ikke ved min konklusion.
Det vil være nærmest umuligt at skelne Coriolis effekten fra vindens skubben hid og did på pendulet. I alt fald skal man i et længere tidsrum have absolut vindstille.
Må jeg foreslå, at fremstille pendulet på en anden måde - uden det høje tårn - enten - ved en helt plan, jævn og rund flade, med det tunge lod flydende på en luftpude, fjedermonteret centralt i en kegleformet glasbygning - eller - på en kuglekalot fremstillet meget nøjagtigt (hvis det kan lade sig gøre, at fremstille kuglekalotten så nøjagtigt, at loddet bevæger sig som et pendul).
Jeg har set store vandkunst med runde sten der løftes og roterer med vandtryk. Kunne et sådan laves så corioliseffekten kunne ses?