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Kurzzeitmesser mit Fallkörper zur Beobachtung von Bewegungsvorgängen.
Die Erfindung betrifft einen Kurzzeitmesser mit Fallkörper zur Beobachtung von Bewegungsvorgängen
und optischer Sichtbarmachung des Fallweges. Das Neue besteht im wesentlichen darin,
daß der Fallkörper einen windschief verwundenen Spiegel trägt, der das Bild eines
festen Spaltes auf 'die Projektionsfläche wirft, wobei das Bild infolge der Verwindung
des Spiegels während des Falles wandert. Es soll hiermit die genaue Messung eines
Zeitraumes von o,iooo Sekunden mit einer Genauigkeit von -I- 0,00005 Sekunden
möglich sein. Durch H#7tereinanderschalten entsprechend vieler solcher Zeitmesser
und kontinuierliches Wiederingarigsetzen derselben wird auch die Messung beliebig
langer Zeiten ermöglicht.
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Die neue Einrichtung ist auf der Zeichnung in Abb. i im senkrechten
Schnitt und in Abb. 2 im wagerechten Schnitt schematisch dargestellt.
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Der Elektromagnet i trägt an seinem Anker 2 einen Fallstab 3 mit einer
windschiefen, verwundenen "und total reflektierenden Spiegelflache q.. Die
Verwindung ist in Abb. 2 dadurch dargestellt, daß im Grundriß die Spiegelecken die
gleichen Buchstaben a, b, c, d, wie in Abb. i, tragen.
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Magnet und Fallstab befinden sich, um den Luftwiderstand beim Fallen
des Stabes auszuschließen,
in einem in den Abbildungen nicht dargestellten
evakuierten Metallgefäß mit entsprechenden Fenstern für die Lichtstrahlen.
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Der Fallstab fällt frei in dem Augenblick, wo der elektrische Strom,
welcher durch den Haltemagneten i geht, unterbrochen wird. Diese Unterbrechung wird
durch einen besonderen, hier ebenfalls nichtdargestellten, aber bekannten Pendelunterbrecher
bewirkt, welcher zuerst den Magnetstrom unterbricht und dann nach einer genau einstellbaren
Zeit den Vorgang einleitet, dessen Dauer und Verlauf mit Hilfe der Schwerkräftuhr
gemessen werden soll (z. B. Bewegung eines photographischen Verschlusses, Bewegung
eines Geschosses, Bewegung eines schnellaufenden Maschinenteils, Messung der Brownschen
Bewegung u5w.). Der zu messende Vorgang wird dabei durch den zweiten Stromschluß
- oder Unterbrechung -des Pendelunterb; echers meist dadurch der Beobachtung zugänglich
gemacht, daß sich der Verschluß der registrierenden photographischen Kammer öffnet
und den sich bewegenden Körper gleichzeitig mit dem Bild des Fallweges abbildet.
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7 stellt einen durch die Bogenlampe 5 und den Hohlspiegel 6 hell e°leuchteten
schmalen wagerechten Spalt dar. Das Bild dieses Spaltes -und ebenfalls dasjenige
eines über dem wagerechten Spalt sitzenden senkrechten nicht dargestellten Spaltes
- wird durch das Objektiv 8 über die reflektierende Fläche des Fallstabes auf der
mit eine- Skala versehenen Projektionsfläche 9 abgebildet. Diese: Projektionsfläche
bildet den Mantel eines ZyÜnders, dessen Achse mit der Verwindungsachse des Spiegels
q. zusammenfällt.
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Das Bild des wagerechten Spaltes befindet sich, solange der Fallstab
ruhig am Magnet i hängt, an dem Ende io der Projektionsfläche und steht dort still.
Fällt nun der Stab frei in Richtung des Pfeiles in Abb. i, so wird das Bild des
Spaltes sich von Punkt io der Projektionsfläche nach Punkt Z2 derselben bewegen,
da der Reflexionswinkel des Spiegels q. sich ständig ändert, und zwar derart, daß
das Spaltbild den Weg io-i2 in einer ganz bestimmten Zeit durchläuft, welche von
der Größe der am Aufstellungsort herrschenden Erdanziehung, de" Schwerkraft, abhängt.
Da diese für jeden 0.t nach anderen Methoden bestimmt werden kann, ist es möglich,
die Ve:-windung dgs Spiegels q. so einzustellen, daß gleichen Fallzarten gleiche
Beträge der `'Winkeldrehung entsprechen. Trifft man ferner die Anordnung so, daß
sich die Projektionsfläche in genügend weitem Abstand vom Fallstab befindet, so
kann man es erreichen, daß das reflektie-te Bild des Spaltes in sehr geringen Bruchteilen
der Fallzeit meßbare Strecken auf dem Projektionsschirm zurücklegt. Um Zahlen zu
nennen, sei angegeben, daß man bei einer Fallstrecke von etwa i5o mm und einem Abstand
der Projektionsfläche von i m vom Fallstab und einer Gesamtdrehung von etwa 6o'
des projizierenden Strahles erreicht, daß das Spaltbild sich auf der Projektionsfläche
in o,oooi Sekunden um i mm bewegt.
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Wesentlich für die Genauigkeit der Messung ist, daß sich der Fallstab
während seines freien Falles nicht dreht, da hierdurch eine zusätzliche Bewegung
des Spaltbildes erfolgen würde. Um die Bewegung des Fallstabes um seine Achse zu
kontrollieren, ist an demselben neben der, der Deutlichkeit halber wesentlich vergrößert
gezeichneten, verwundenen Spiegelfläche q. noch eine gerade ebene und nicht verwundene
Spiegelfläche vorgesehen (in der Zeichnung fortgelassen), welche das Bild des neben
dem wagerechten Spalt angeordneten und bereits erwähnten senkrechten Spaltes mit
Hilfe des gleichen Objektivs 8 auf der Projektionsfläche 9 stets an einer bestimmten
Stelle, und zwar außerhalb der Bahn des wagerechten Spaltbildes abbildet. Dieses
Bild muß während des freien Falles dauernd an der gleichen Stelle des Schirmes stehen.
Verändert es seinen Platz, so ist dies ein Zeichen für die Drehung des Fallstabes.
Aus der Größe der Auswanderung bestimmt sich dann die Korrektur, welche beim Weg
des wagerechten Spaltbildes anzubringen ist.
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Derartige kurze Zeiträume, wie sie mit Hilfe derartiger Kurzzeitmesser
gemessen werden können, entziehen sich der subjektiven Beobachtung vollständig.
Die Bewegung des Spaltbildes - aus welcher übrigens auch ein Rückschluß auf die
am Ort herrschende Größe der Schwerkraft zu ziehen ist - wird deshalb durch besondere
photographische Methoden fixiert (Hochfrequenzkinematographie, Zeitlupe, optische
Indikatoren). Mit Hilfe derartiger Instrumente muß man ja auch die rasch verlaufenden
Bewegungsvorgänge studieren, da nur das Lichtbild imstande ist, derartige Vorgänge
zu erfassen.