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Eötvössche Drehwaage ZurBeobachtung derTorsionsschwingungen des Waagebalkens
bei Eötvösschen Drehwaagen ist gewöhnlich am Waagebalken ein zu dem Torsionsfaden
paralleler Spiegel befestigt, der die Torsionsschwingungen des Waagebalkens durch
die Schwingungen eines von dem Spiegel zurückgeworfenen Lichtstrahles anzeigt oder
aufzeichnet. Die Anzeigen «,-erden vielfach durch kleine Schwingungen gestört, die
der Waagebalken außer um den Torsionsfaden um die Hauptträgheitsachse ausführt,
d. h. um diejenige Achse, in bezug auf welche der Waagebalken sein geringstes polares
Trägheitsmoment und kürzeste Schwingungsdauer besitzt. Da bei einer Eötvösschen
Drehwaage das eine Gewicht beträchtlich höher hängt als das andere, so ist die Hauptträgheitsachse
um einen spitzen Winkel gegen den Torsionsfaden geneigt. Auch die spiegelnde Fläche
ist zu der Hauptträgheitsachse geneigt. Sie führt daher auch bei Schwingungen des
Waagebalkens um die Hauptträgheitsachse Bewegungen aus, welche ein Ablenken des
Lichtstrahles bewirken. Diese Schwingungen äußern sich in einem mehr oder weniger
starken Zittern des abgelenkten Lichtstrahles und erschweren bzw. verfälschen die
Ablesungen bzw. Aufzeichnungen des Eötvös-Effektes. Aus diesem Grunde haben sich
auch Eötvössche Drehwaagen mit schrägem Waagebalken nicht einführen können, obwohl
gerade der schräge Balken gegenüber dem bisher verwendeten ein- oder zweimal geknickten
Balken in baulicher Hinsicht wesentliche Vorteile aufweist. Dies hat seinen Grund
darin, daß gegenüber Schwingungen um die Hauptträgheitsachse die rechtwinklig umgebogenen
Enden des Waagebalkens eine stark dämpfende Wirkung auf die Schwingungen um die
Hauptträgheitsachse ausüben, so daß sich diese, besonders wenn die Waage größere
Abmessungen hat, nicht allzu schädlich bemerkbar machen. Bei Drehwaagen, welche
mit gestrecktem, schr2-ig hängendem Waagebalken ausgerüstet sind, fällt diese dämpfende
Wirkung vollkommen fort, so daß die fast ungedämpften Schwingungen um die Haupttr
ägheitsachse sich so störend bemerkbar machen, daß eine Ablesung oder zur Ablesung
geeignete Aufzeichnungen nicht erhalten werden.
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Diese :Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung in einfachster
Weise dadurch überwunden, daß die an dem Waageballen angebrachten spiegelnden Flächen
oder sonstigen Ablenkungsmittel für, den zur Registrierung oder Beobachtung dienenden
Lichtstrahl in bezug auf die Richtung der Hauptträgheitsachse derart ausgerichtet
sind, daß die Drehschwingungen des Balkens um seine Hauptträgheitsachse auf den
zur Ablesung oder Registrierung dienenden reflektierten
Strahl nicht
wirksam werden. Die Erfindung läßt sich in verschiedener Weise ausführen. Wählt
man zur Anzeige der Torsionsschwingungen einen- einfachen Spiegel, so wird dieser
an dem Waagebalken derart angeordnet, daß seine Fläche nahezu senkrecht auf der
Hauptträgheitsachse steht. Die spiegelnde Fläche erhält dadurch im Gegensatz zu
den bisherigen Ausführungen eine schiefe Lage zu dem Torsionsfaden. Es sind bereits
Drehwaagen bekannt, bei denen auf dem Waagebalken unter einem spitzen Winkel geneigte
Ablenkungsspiegel angebracht sind. Diese sind aber nicht in bezug auf die Hauptträgheitsachse
ausgerichtet.
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Die Erfindung läßt sich aber auch derart ausführen, daß man an dem
Waagebalken nicht eine, sondern zwei um einen Winkel gegeneinander geneigte spiegelnde
Flächen anwendet. In diesem Fall werden die spiegelnden Flächen derart angeordnet,
daß die Linie, in der sich die beiden Flächen schneiden, der Hauptträgheitsachse
parallel liegt. Als spiegelnde Flächen kann man zweckmäßig etwa die Innenflächen
eines Dreikantprismas wählen. Die letztere Ausführungsform mit zwei spiegelnden
Flächen hat den Vorteil, daß man die ganze Anordnung derart treffen kann, daß der
zurückgeworfene Strahl im wesentlichen waagerecht verläuft, wodurch sich erhebliche
bauliche Vereinfachungen gegenüber einer Anordnung mit nur einer senkrecht auf der
Hauptträgheitsachse stehenden spiegelnden Fläche erzielen lassen, da dann der zurückgeworfene
Strahl naturgemäß schräg, im wesentlichen in Richtung der Hauptträgheitsachse verläuft.
Die Hauptträgheitsachse selbst, also die dem Spiegel oder den spiegelnden Flächen
erfindungsgemäß zu gebende Lage, ist sehr leicht zu ermitteln, da ja bei schrägem,
gestrecktem Waagebalken die Hauptträgheitsachse nahezu der geometrischen Achse des
Balkens parallel verläuft, während bei den bisher meist gebräuchlichen rechtwinklig
ein- oder zweimal geknickten Balken die Hauptträgheitsachse nahezu durch die Schwerpunkte
der Gewichte laufend angesehen werden kann, da die sonstigen Teile des Waagebalkens
aus leichtestem Werkstoff ausgeführt werden, so daß deren Gewicht gegenüber der
Masse der eigentlichen Eötvös-Gewichte nicht wesentlich in Betracht kommt.
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Wesen und Wirkungsweise der Erfindung ist aus den beiliegenden Zeichnungen
zu ersehen, von welchen Abb. i in schematischer Darstellung einen einmal rechtwinklig
geknickten Waagebalken in der ursprünglich von Eötvös angegebenen Form mit der Hauptträgheitsachse
und mit der neuen Anordnung eines Ablesespiegels darstellt. Abb. z zeigt einen zweimal
rechtwinklig geknickten Balken, den sogenannten Z-Balken mit einem Spiegel.
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Abb. 3 stellt einen gestreckten, schräg hängenden Balken mit einem
Spiegel, Abb. 4 einen ebensolchen Balken mit einem Ablenkprisma dar.
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Abb. 5 und 6 endlich zeigen den Strahlengang für zwei spiegelnde Flächen.
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In Abb. i bezeichnet i den Torsionsfaden, welcher den Waagebalken
a mittels des sogenannten Aufhängegestelles 4 trägt. Die Hauptträgheitsachse t ist
gestrichelt angedeutet. Senkrecht zu der Hauptträgheitsachse t ist der Spiegel 3
angeordnet. Schwingungen, welche -der Waagebalken um die Hauptträgheitsachse t ausführt,
können auf den abgelenkten Strahl keinen Einfluß ausüben, da ja bei diesen Schwingungen
gemäß der neuen Anordnung sich die spiegelnde Fläche in sich selbst verschiebt und-daher
keine Ablenkung hervorrufen kann. Ganz entsprechend ist die Einrichtung bei dem
in Abb. a dargestellten z-Balken und bei dem in Abb. 3 dargestellten gestreckten,
schräg hängenden Balken getroffen.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 ist an dem Aufhängegeste114 für
den Waagebalken z ein Dreikantprisma 5 derart befestigt, daß die eine Kante der
hier von der geometrischen Achse des Waagebalkens wenig verschiedenen Hauptträgheitsachse
parallel liegt.
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Wie aus Abb. 5 zu ersehen, trifft ein in die Basisfläche 6 des Prismas
eintretender Lichtstrahl die Seitenfläche 7, von der er reflektiert auf die andere
Seitenfläche 8 geworfen wird und nach Reflektion an dieser wieder aus der Basisfläche
austritt. Wird das Prisma um die Kante 9 gedreht, so findet keine Ablenkung des
austretenden reflektierten Lichtstrahles statt: Wie eine einfache geometrische Überlegung
zeigt, dreht sich der die Basisfläche verlassende, zweimal reflektierte Lichtstrahl
um genau den gleichen Winkel, um welchen der einfallende Strahl gedreht wird. Besonders
vorteilhaft ist es, ein rechtwinklig gleichschenkliges Prisma zu verwenden, da bei
einem solchen der an den beiden Kathetenflächen zweimal reflektierte Lichtstrahl
das Prisma parallel zu dem einfallenden Strahl verläßt. Der Strahlengang für kleine
Drehwinkel ist in Abb. 5 dargestellt.
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Wird das Prisma dagegen um eine zur Kante 9 senkrechte Kante gedreht,
so findet eine Ablenkung des aus der Basisfläche 6 austretenden reflektierten Lichtstrahles
statt, wie aus dem Schema (Abb. 4) zu ersehen ist.
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Da eine Drehung um den zur Prismenkante 9 schiefen Torsionsfaden sich
aus zwei Drehungen zusammensetzen läßt, deren eine
um eine zur Kante
9 parallele, deren andere um eine zur Kante 9 senkrechte Achse erfolgt, so
ergibt sich, daß bei der beschriebenen Anordnung des Prismas 9 in der Tat eine von
Schwingungen des Waagebalkens um seine zur Prismenkante 9 parallele Hauptträgheitsachse
herrührende Bewegung des Prismas keinerlei Ablenkung des reflektierten Lichtstrahles
zur Folge hat, daß der Lichtstrahl dagegen durch die Schwingungen des Waagebalkens
um den Torsionsfaden i abgelenkt wird und die Aufzeichnungen oder Anzeigen daher
sehr wohl zur Auswertung des Eötvös-Ettektes dienen können.
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Daß sich das Wesen der Erfindung nicht in den dargestellten Ausführungbeispielen
erschöpft, versteht sich von selbst. Eine andere Ausführungsmöglichkeit ergibt sich
durch Verwendung eines Winkelspiegels an Stelle des Prismas 5 oder durch andere
aus der Optik bekannte lichtablenkende Mittel.