EP0901612A1 - Device and method for permitting high maximum load on sensitive swinging scales - Google Patents

Device and method for permitting high maximum load on sensitive swinging scales

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EP0901612A1
EP0901612A1 EP96946172A EP96946172A EP0901612A1 EP 0901612 A1 EP0901612 A1 EP 0901612A1 EP 96946172 A EP96946172 A EP 96946172A EP 96946172 A EP96946172 A EP 96946172A EP 0901612 A1 EP0901612 A1 EP 0901612A1
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EP
European Patent Office
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masses
force
balance
mass
movement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96946172A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Manfred Alexander Gregor
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Individual
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G1/00—Weighing apparatus involving the use of a counterweight or other counterbalancing mass
    • G01G1/18—Balances involving the use of a pivoted beam, i.e. beam balances
    • G01G1/20—Beam balances having the pans carried below the beam, and for use with separate counterweights
    • G01G1/22—Beam balances having the pans carried below the beam, and for use with separate counterweights for precision weighing

Definitions

  • the main disadvantage is the friction of the central cutting edge, over 3 cm wide, and the side cutting, over 2 cm wide; this prevents the safe setting of the state of the beat.
  • the balance hoist is released, the free swinging around the equilibrium position begins due to the transition from static friction of the stationary cutting edge in the bearing to sliding friction of the rotating cutting edge in the bearing.
  • the steel-in-steel combination of cutting edge and bearing proved to be the best material combination.
  • the disadvantage of this solution remains even with the best material combination.
  • the superimposition of the small force of the interaction of the masses with the greater frictional force at the moment the lever is inclined leads to a particularly low efficiency in measuring this force.
  • the torsion balance is often used today for measuring weak forces. It was invented only 200 years ago by MICHELL (1768) and COULOMB (1777). The latter
  • CORRECTED SHEET (RULE 91) first improved the compass needle suspension; he later used it to measure the force between electric charges. -If a torsion head that can be rotated at the top is used - see Figure 3 - the torque is easier to determine; but again the frictional force also contributes.- CAVENDISH 1798 used such a solution to generate the force of the interaction between larger masses of 158 kg and smaller masses of 0.73 kg.
  • This arrangement creates a visible movement of 2 cm. This occurs when the large and small masses have been rotated closer and closer to each other from about 2 m to about 20 cm. As the approach approaches, the masses begin to oscillate and swing. About half an hour passes before it subsides. The final position of the small masses is then about 2 cm from the initial position. The direct observation of the shift is not possible due to the overlapping free vibrations.
  • Exemplary embodiment 1 for the solution according to the invention shows that slow attraction movements of the masses can be measured reliably in a certain direction - with much smaller masses, of only 20 g and 1 kg.
  • the disadvantage is the low maximum load, which is related to the use of a thin bending rod for the most sensitive measurement of the load.
  • the scale from SALVIONI - drawing 5 - consists of a thin glass rod that is firmly clamped on the side, to which the load is attached. This is e.g. to measure the evaporation rate of essential oils - musk. The change in the weight of the evaporation infoige is read through the visor thread through a microscope.
  • the SEABORG scale increases the maximum load by preloading. The practical one
  • the second task arises from the fact that a stable lever balance is needed for the solution o, whereby the disadvantages of the usual lever balance cannot be taken over, i.e. reducing the tendency to free vibrations; and avoiding the frictional force.
  • the solution according to the invention consists in using an elastic double fiber which acts twice as a tension and bending fiber, both fibers carrying a plate with their tensile force, on which the scale lever and the load rest, the mass of which can be as large as the breaking load , and both fibers with their bending and restoring force sensitively measure the excess weight, like the bending rod of a microbalance, and at the same time weakly stabilize against unwanted swinging and uncontrolled tipping.
  • the balance lever hovers horizontally in the state of equilibrium and it tilts overweight, just like the balance bar of an ordinary scale.
  • the load-bearing and inclining lever lies between the elastic double fiber, which with its great tensile strength carries a high weight, so that the maximum load is high, and it counteracts the inclination moment of the overweight with its small bending force, which makes it smaller when weighing Masses has the sensitivity of a microbalance.
  • Balance lever standing plate (tension plate) the tensile force is transmitted from the ends to the center, on the support plate.
  • the train comes as pressure.
  • Under the support plate there is a cross plate (guide plate), under which the double fibers guided through holes are firmly anchored. They take up the pressure distributed in the plate again as a tensile force, and transmit the force of the load in the longitudinal direction about 8 ... 10 cm high, where they are fixed in the same way in the upper support plate on the housing of the beat balance. In this way, the weight of the dead mass and the weight of the floating masses must be absorbed, transmitted and transferred.
  • the tensile force in the neutral fiber determines the maximum load, the bending force determines the sensitivity of the weighing; the restoring force the stability of the beat.
  • double fibers of symmetrical nature must be used - same cross-section, same length, same modulus of elasticity, same attachment, ....
  • the bending force remains small with a small inclination due to a small excess weight, which makes the sensitivity high.
  • Tractive force and bending force act as independent forces. With the one force a great load in equilibrium is kept in the beat; the change in beat is measured by the other.
  • the drawing 1 shows the technical solution schematically; the drawing 7 the same is shown somewhat differently separately.
  • Drawings 8, 9, and vO illustrate the method of generating the force of interaction between masses suspended in this arrangement, and masses resting outside them, which are sequentially exchanged for specific locations relative to the floating masses, each time causing different movements
  • Drawing 11 shows the implementation of the method with a beat balance, which has been permanently installed in one place for 18 hours, in a corner of a masonry weighing several tons.
  • the force of the interaction of the masses can be produced economically with the technical solution described above, because it can be used to move commercially available, handy weights and masses, e.g. 20 g and 1 kg are sufficient to carry out the procedure.
  • the suspension of two loads of 20 g is carried out by hanging the masses in the lifting eye under the lower weighing pan.
  • the beat balance has the following characteristics: load-bearing fibers with a diameter of 0.08 mm, made of glass fiber reinforced material (leader fiber); initially 80 mm long; they are 2 x 20 g long after the two masses have been suspended; then they keep up in length.
  • the supporting fibers are cut to the same length; are inserted into the holes in the holding plate at the top of the housing (glass) and at the bottom in the guide plate, checked for the same length and parallelism, and attached to the underside of the plates.
  • the guide plate carries the support plate; this the scale lever; and at the ends sits the hanger with the side fibers, which hold the scales and carry the masses.
  • the floating masses are more than 40 times larger than the net mass of 1.8 g.
  • the arrangement is safely designed: can carry a much larger main load without causing interference vibrations due to bending. (Fiber, lever and plate system described in: patent application "gravitational field balance".) The efficiency of the arrangement is determined by the comparison of bending and
  • the expected gravitational force is less than 1 trillion Newton:
  • the bending force of a 0.08 mm thick elastic fiber has a magnitude of about 0.01 millionth Newton for small inclinations below 1 degree.
  • the ratio of the gravitational force of the masses and the bending force of the fibers reaches the size of almost 1%
  • the visible movement can be produced with small masses, which is easy to handle: as with 20 g, 50 g, 1000 g.
  • the force of the interaction of the masses is therefore measured in the following directly by the movement, as it happens - by the overweight that results from the
  • Embodiment 2 Generating the change in the beat of two 20 g masses with a resting 1 kg mass
  • the state of stable beat is set for two masses of 20 g at the same ° height, about 170 mm below the balance lever by placing the microweights on the weighing pans hanging above.
  • the 20 g mass floating closer to the 1 kg mass is pulled up. If the rotation is 0.5 ° of the rotating pointer, the height has changed by approximately 0.18 mm relative to the 0 initial level.
  • the second floating 20 g mass hovers the same distance down the same distance to the ground.
  • the movement of the rotary pointer is similar to that with which a magnetic needle approaches a magnet that pulls it towards itself.
  • the movement can be measured by the following variables:
  • the mean magnitude of the energy of the change in the level of the beat is about 0.27 aJ, which can be measured by the mean height of the beat and by the mean force:
  • Embodiment 3 measurement of the effect of the force of the mass of a masonry.
  • the beat balance was set to the sensitivity of approximately 0.4 mg per 1 ° without load. Then the balance was placed in a corner of the wall.
  • Drawing 11
  • the distance from the corner was about 1.9 m.
  • the direction to the corner and the north-south was about 1.9 m.
  • the scale was left; after a while, the slow change in the beating height of both sides was observed: at the beginning, the indicator tipped 0.5 ° initially over a period of approx. 13 minutes (785 s) to the right, southwards - away from the crowd of the masonry.
  • the energy that slowly passes between the beat levels is a million times smaller than the energy of light, which is due to the mean force and the distance of the
  • the energy is slowly and steadily increasing.
  • This small energy is enough to keep the movement stable over a period of more than 18 hours.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Stringed Musical Instruments (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

The present invention pertains to modern ultramicrobalances on which only small masses up to 5 g. are placed. On the other hand, the order of magnitude of the relative sensitivity reaches 40 millions. The maximum load for the best scales is so small that it is not possible to reproduce in a technically reliable manner the movements of the mass interactive force through a purposeful arrangement or through the permutation of static masses and off-bottom masses in an operable order of magnitude and to produce such movements in an economically efficient way. With the conventional scales, the operating ratio of the force is two low. The oscillations are too disturbing. So, the inventive efforts were aimed at developing an oscillating balance for heavy off-bottom masses, the excess weight of which is as tricky to measure as with microscales. In order to overcome the problem, an oscillating balance is used having as a pulling and flexional fibre a double acting elastic parallel fibre. The strong pulling force allows for both balance and mass to be supported up to as high a maximum load as the maximum tensile strength. The weak flexional force is used for measuring the inclination towards overweight with the same accurateness as with the flexional stick of a microbalance. The inventive method reveals new motions and natural forces beyond what is presently measurable with the common technicals means.

Description

Beschreibung der Erfindung Description of the invention
Anordnung und Verfahren zur Erzeugung großer Höchstlasten an empfindlichen Schwebungswaagen.Arrangement and method for generating large maximum loads on sensitive balance scales.
1. Charakteristik bekannter Lösungen1. Characteristic of known solutions
Unter den technischen Lösungen, womit Massen in der Schwebung zu erhalten, und die Wirkung der Kraft der Wechselwirkung zwischen Massen durch die Änderung des Gewichtes zu messen ist, sind altbekannte Lösungen, wie die gewöhnliche Waage, die mit Hebelkraft funktioniert, neuere Lösungen, wie die Torsionswaage, und neueste Lösungen zur Mes- sung kleinster Kräfte, wie die Mikro- und Ultramikrowaagen, wo die elastische Kraft eines Biegungsstabes verwendet wird.Among the technical solutions with which to maintain masses in the beat and to measure the effect of the force of the interaction between masses by the change in weight, well-known solutions, such as the ordinary scale that works with leverage, are newer solutions, such as the Torsion balance, and the latest solutions for measuring the smallest forces, such as micro and ultra-micro balances, where the elastic force of a bending rod is used.
1.1 Verwendung der gewöhnlichen Waage zur Erzeugung der Schwebung und zur Messung der Kraft zwischen ruhenden und schwebenden Massen Technische Lösungen, wo die gewöhnliche Waage zur Messung der Kraft Verwendung findet, womit ruhende Massen und schwebende Massen sich gegenseitig anziehen, verbinden sich mit aufwendigen Lösungen zur Erzeugung einer meßbaren, technisch brauchbaren Größe dieser Kraft durch den Einsatz sehr großer Massen.1.1 Use of the ordinary balance to generate the beat and to measure the force between resting and floating masses Technical solutions, where the ordinary balance is used to measure the force, with which resting masses and floating masses attract each other, combine with elaborate solutions for generation a measurable, technically usable size of this force through the use of very large masses.
Beispiele sind die Anordnungen von POYNTING (England; 1891 ) und die von KÖNIG, RICHARZ, und KRIGAR-MENZEL (Deutschland; 1898).Examples are the orders of POYNTING (England; 1891) and those of KÖNIG, RICHARZ, and KRIGAR-MENZEL (Germany; 1898).
POYNTING benutzte eine Waageschale mit den Gewichten auf der einen Seite, und auf der anderen Seite eine vergoldete Bleikugel mit der Masse von m = 453 g. Die Waage wurde nicht arretiert; der Schwebungszustand mit der Last der Massen von 453 g links und rechts erhalten. Dann wird eine 340fach größere Bleimasse von M = 154 kg dicht unter der schwebenden Bleimasse angeordnet. Dadurch entsteht eine Bewegung - die Waage kommt ins Übergewicht auf der Seite, wo die ruhende Masse hinzugekommen ist. Davon geht eine Kraft aus. die diese Bewegung erzeugt.POYNTING used a weighing pan with the weights on one side and a gold-plated lead ball with the mass of m = 453 g on the other side. The scale was not locked; the beat state with the load of the masses of 453 g on the left and right preserved. Then a 340 times larger lead mass of M = 154 kg is placed just below the floating lead mass. This creates a movement - the scales become overweight on the side where the resting mass has been added. A force emanates from it. that creates this movement.
Diese Kraft zu messen, ist mit der gewöhnlichen Hebelwaage besonders schwierig, weil der Reibungswiderstand der Schneiden sich beim Neigen unstetig ändert. Dabei ist die Normalkraft, womit das Gewicht über die Schneide auf der Unterlage reibt, größer als die Kraft, womit schwebende Masse und ruhende Masse wechselwirken.It is particularly difficult to measure this force with the usual lever balance because the frictional resistance of the cutting edges changes continuously when tilting. The normal force with which the weight rubs against the cutting edge on the surface is greater than the force with which the floating mass and the resting mass interact.
Um eine größere Kraft zu erzeugen, und sicherer zu messen, besteht die Möglichkeit, die wechselwirkenden Massen größer zu machen. Diese Möglichkeit wurde von RICHARZ und KRIGAR-MENZEL bei einerder aufwendigsten Messungen derGravitationskraft gewählt, -siehe Abbildung 2. - Sie ließen in Berlin-Spandau die ruhende Masse von über 100 500 kg Blei aufschichten, wozu 2940 Bleibarren von 32 kg Durchschnittsmasse zu gießen waren. Die damit wechselwirkenden schwebenden Massen von 1 kg hingen an einer gewöhnlichenIn order to generate a larger force and to measure it more reliably, it is possible to make the interacting masses larger. This option was chosen by RICHARZ and KRIGAR-MENZEL in one of the most complex measurements of gravitational force, see Figure 2. - They had the resting mass of over 100,500 kg of lead piled up in Berlin-Spandau, for which purpose 2940 lead bars of 32 kg average mass had to be cast. The floating masses of 1 kg interacting with it were suspended from an ordinary one
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Waage. Das Verhältnis der Massen wurde im Vergleich zu POYNTING'S Anordnung damit um mehr als das 1000fache erhöht; um den Faktor 1440. Die ruhende Masse war 652mal, die schwebende Masse 2,2 mal größer. Weil der Abstand zwischen den Mittelpunkten größer war, die 1-kg- Massen schwebten in 1 ,15 m Abstand von der Mitte, verminderte sich der Effekt andererseits wieder. Denn die größere Masse von 100 t braucht auch das größere Volumen. Weil die Kraft mit der Größe der Massen wächst, aber mit dem Quadrat des Abstandes schwächer wird, ist die angestrebte Wirkung durch reine Vergrößerung der Massen nur sehr bedingt zu verbessern.CORRECTED SHEET (RULE 91) Libra. The ratio of the masses was increased more than 1000 times compared to POYNTING ' s arrangement; by a factor of 1440. The resting mass was 652 times, the floating mass 2.2 times larger. On the other hand, because the distance between the center points was larger, the 1 kg masses were floating at a distance of 1.15 m from the center. Because the larger mass of 100 t also requires the larger volume. Because the force increases with the size of the masses, but weakens with the square of the distance, the desired effect can only be improved to a limited extent by simply increasing the masses.
Der Hauptnachteil aber ist die Reibung der Mittelschneide, über 3 cm breit, und der Seitenschneiden, über 2 cm breit; das verhindert die sichere Einstellung des Zustandes der Schwebung. Beim Lösen des Waagenhebeis setzt das freie Schwingen um die Gleichgewichtslage, infolge des Überganges von der Haftreibung der ruhenden Schneide im Lager zur Gleitreibung der drehenden Schneide im Lager ein. Um die Empfindlichkeit zu verbessern, erwies sich hier die Stahl-in-Stahl-Kombination von Schneide und Lager als die beste Materialkombination. Der Nachteil dieser Lösung bleibt aber auch bei der besten Materialkombination erhalten. Die Überlagerung der kleinen Kraft der Wechselwirkung der Massen durch die größere Reibungskraft im Moment der Neigung des Hebels führt zu einem besonders niedrigen Wirkungsgrad der Messung dieser Kraft.The main disadvantage is the friction of the central cutting edge, over 3 cm wide, and the side cutting, over 2 cm wide; this prevents the safe setting of the state of the beat. When the balance hoist is released, the free swinging around the equilibrium position begins due to the transition from static friction of the stationary cutting edge in the bearing to sliding friction of the rotating cutting edge in the bearing. In order to improve the sensitivity, the steel-in-steel combination of cutting edge and bearing proved to be the best material combination. The disadvantage of this solution remains even with the best material combination. The superimposition of the small force of the interaction of the masses with the greater frictional force at the moment the lever is inclined leads to a particularly low efficiency in measuring this force.
12 Niedriger Wirkungsgrad gewöhnlicher Waagen12 Low efficiency of ordinary scales
Beim Übergang von der Haft- zur Gleitreibung ändert sich die Größe der Haftreibungskraft und der Gleitreibungskraft. Weil der Übergang im Nanobereich (molekularer Bereich; Grenzflächen) geschieht, sind diese Kräfte technisch nicht zu beherrschen.During the transition from static to sliding friction, the size of the static friction force and the sliding friction force changes. Because the transition takes place in the nano range (molecular area; interfaces), these forces cannot be mastered technically.
Sie äußern sich in unerwünschten Schwingungen beim Lösen und beim Neigen der Waage. Mit wachsender Empfindlichkeit kommt es dadurch zu lange dauernden Schwingungen um die Gleichgewichtslage. Die freien Schwingungen machen die rasche sichere Ablesung des Übergewichtes unmöglich; die unbestimmte Größe der Änderung der Reibungskraft beschränkt die Meßgenauigkeit - das sind die Nachteile dieser Lösung.They express themselves in undesirable vibrations when loosening and tilting the scale. With increasing sensitivity, this leads to long-lasting oscillations around the equilibrium position. The free vibrations make rapid, reliable reading of the excess weight impossible; the undetermined size of the change in the frictional force limits the measuring accuracy - these are the disadvantages of this solution.
Die Waage in Berlin-Spandau brachte es trotzdem auf die hohe relative Empfindlichkeit von 30 Millionen Teile der schwebenden Last (0,03 mg). Dazu waren allerdings aufwendige Vorkehrungen zu treffen. Diese sind bei normalem Einsatz wirtschaftlich nicht zu vertreten: Ablesung der Skala durch ein Fernrohr, um alle Erschütterungen von der Waage fernzuhalten; spezielle Zentrierung des Gestänges, usw. Die technische Grenze ergibt sich aus der Reibungskraft. Die Größenordnung der Einschränkung des Wirkungsgrades ist durch das Verhältnis der Größe der Kraft der Wechselwirkung der Massen zur Größe der störenden Kraft, die durch die Differenz zwischen Haftreibungskraft FH und Gleitreibungskraft FG im Moment des Neigens des Waagebalkens zu bestimmen ist, anzugeben. Bei Stahl-in-Stahl-The scales in Berlin-Spandau nevertheless achieved the high relative sensitivity of 30 million parts of the suspended load (0.03 mg). However, expensive precautions had to be taken. These are not economically justifiable in normal use: reading the scale through a telescope to keep all vibrations away from the scale; special centering of the boom, etc. The technical limit results from the frictional force. The magnitude of the restriction of efficiency is to be indicated by the ratio of the magnitude of the force of the interaction of the masses to the magnitude of the disturbing force, which is to be determined by the difference between static friction force F H and sliding friction force F G at the moment the balance beam is tilted. For steel-in-steel
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Trockenreibung beträgt die Haftreibungszahl etwa 0,15 der Normaikraft des Gewichtes; die Gleitreibungszahl liegt zwischen 0,09 ... 0,03. Das bedeutet bei 9,81 Newton Normalkraft von 1 kg Masse auf die Seitenschneide die Unsicherheit im Moment des Anhebens des Waagenhebels und des Freischwingens von einige zehntel Newton: ΔFR = FH -FG = 0,5 N ... 0,3 N und minimal etwa 1/100 davon, günstigstenfalls: ΔFR = 0,003 N wobei die genaue Bestimmung unmöglich ist. - Die Folgen dieses Überganges der Störkräfte sind: Freie Schwingungen um die Ruhelage von 20 Minuten am Anfang jedes Wägungstages beim Einstellen des Nullpunktes sind normal. [ FU DsτEu.E:s.Ab3chiuß βπcht, s.34, F. RIC URZ. O. KHIQAR-MENZEL: Bestimmung der Gravrtationsconstante ..., Verlag d. Königl. Akademie der Wissenschaften. Berlin 1898]CORRECTED SHEET (RULE 91) Dry friction is about 0.15 of the normal force of the weight; the sliding friction number is between 0.09 ... 0.03. At 9.81 Newton normal force of 1 kg mass on the side cutting edge, this means the uncertainty at the moment of lifting the scale lever and free swinging of a few tenths of Newton: ΔF R = F H -F G = 0.5 N ... 0.3 N and at least about 1/100 of it, at best: ΔF R = 0.003 N, whereby the exact determination is impossible. - The consequences of this transition of the disturbing forces are: Free vibrations around the rest position of 20 minutes at the beginning of each weighing day when setting the zero point are normal. [FU DsτEu.E: s.Ab3chiuß βπcht, p.34, F. RIC URZ. O. KHIQAR-MENZEL: Determination of gravitational constant ..., Verlag d. Royal Academy of Science. Berlin 1898]
Die Kraft der Wechselwirkung der Massen, abgeschätzt durch das Gravitationsgesetz für die Mittelpunkte homogener schwerer Massen von 1 kg und von 100538 kg als die Aufpunkte der Wirkung im Raum im Abstand von 1 ,15 m zeigt, daß hier mit der Größe von knapp 5 millionstel Newton zu rechnen ist: m - M ,«-11 r ->, -•> 1 kg - 100536 kg c Λ r,^^The force of the interaction of the masses, estimated by the law of gravity for the centers of homogeneous heavy masses of 1 kg and 100538 kg as the points of action in space at a distance of 1.15 m shows that here with the size of almost 5 millionth Newton to be calculated: m - M, «- 11 r ->, - • > 1 kg - 100536 kg c Λ r , ^^
Fv = γ , — ≡ 6,67 - 10 Nirrkg - ^ = 5 - 10 NF v = γ, - ≡ 6.67 - 10 Nirrkg - ^ = 5 - 10 N
7 a- ° (1,1575 m)2 7 a ° (1.1575 m) 2
Der Wirkungsgrad der wahrscheinlichen Nutzung dieser Kraft für eine sicher zu messende Schwebungsbewegung ist praktisch Null. Das zeigt sich darin, das mit der Größe der Reibungskraft zu vergleichen ist, die im Moment der Neigung der Schneide auftritt. Das ergibt den niedrigen Wirkungsgrad der sicheren Messung der Kraft der Massenwechselwirkung von weit unter 1 Prozent: 5 - 10"6N η = — ^ • 100% s ± llZ l . 100% ≡ 0,16% A FR 3 - 10_3NThe efficiency of the probable use of this force for a safely measured beating movement is practically zero. This is reflected in the fact that it can be compared with the magnitude of the frictional force that occurs at the moment the cutting edge is inclined. This results in the low efficiency of the safe measurement of the force of the mass interaction of well under 1 percent: 5 - 10 "6 N η = - ^ • 100% s ± llZ l. 100% ≡ 0.16% AF R 3 - 10 _3 N
Das Verhältnis ist noch ungünstiger in den Momenten, wenn die Waage schwer dreht, weil die Sprödigkeit der Schneide sich auswirkt, oder weil keine parallele Drehung von Schneide und Lager erfolgt; dann vielleicht noch 100mal kleiner: 5 - 10~*N η = —— ■ ■ 100% = , • 100% = 0,0016%The ratio is even more unfavorable when the balance rotates hard because the brittleness of the cutting edge affects it or because there is no parallel rotation of the cutting edge and bearing; then maybe 100 times smaller: 5 - 10 ~ * N η = —— ■ ■ 100% =, • 100% = 0.0016%
A FR 3 - 10_1 NAF R 3 - 10 _1 N
Dieser niedrige Wirkungsgrad kennzeichnet alle Lösungen zur Messung der Wirkung der Schwerkraft zwischen Massen, die mit drehenden Teilen funktionieren, z.B. auch dieThis low efficiency characterizes all solutions for measuring the effect of gravity between masses that work with rotating parts, e.g. also the
Schwerependel, wo die um das Mittellager auf- und abschwebende Masse im Schwerefeld pendelt, wie das Reversionspendel, womit die Fallbeschleunigung zu messen ist. Das setzt der Meßgenauigkeit der Kraft der Massen mit diesen Lösungen eine absolute Grenze.Heavy pendulum, where the mass floating up and down in the gravitational field oscillates like the reversion pendulum, which is used to measure the acceleration of gravity. This places an absolute limit on the measuring accuracy of the force of the masses with these solutions.
1.3 Lösungen mit Verwendung der Torsionswaage1.3 Solutions using the torsion balance
Die Torsionswaage wird für die Messung schwacher Kräfte heute gern benutzt. Sie wurde erst vor 200 Jahren erfunden von MICHELL (1768) und COULOMB (1777). LetztererThe torsion balance is often used today for measuring weak forces. It was invented only 200 years ago by MICHELL (1768) and COULOMB (1777). The latter
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) verbesserte damit zuerst die Aufhängung der Kompaßnadel; späternutzte ersie, damit die Kraft zwischen elektrischen Ladungen zu messen. -Wird dabei ein oben drehbarer Torsionskopf verwendet, - siehe Abbildung 3 - so ist die Drehkraft bequemer zu bestimmen; aber es wirkt auch wieder die Reibungskraft mit.- Eine solche Lösung verwendete CAVENDISH 1798 zur Erzeugung der Kraft der Wechselwirkung zwischen größeren Massen von 158 kg und kleineren Massen von 0,73 kg.CORRECTED SHEET (RULE 91) first improved the compass needle suspension; he later used it to measure the force between electric charges. -If a torsion head that can be rotated at the top is used - see Figure 3 - the torque is easier to determine; but again the frictional force also contributes.- CAVENDISH 1798 used such a solution to generate the force of the interaction between larger masses of 158 kg and smaller masses of 0.73 kg.
Mit dieser Anordnung ist eine sichtbare Bewegung von 2 cm zu erzeugen. Diese entsteht, wenn die großen und die kleinen Massen immer näher, von etwa 2 m bis auf etwa 20 cm zueinander gedreht worden sind. Während der Annäherung beginnen die Massen zu pendeln und zu schwingen. Etwa eine halbe Stunde vergeht bis zum Abklingen. Die Endlage der kleinen Massen befindet sich dann etwa 2 cm von der Anfangslage entfernt. Die direkte Beobachtung der Verschiebung ist wegen der sich überlagernden freien Schwingungen nicht möglich.This arrangement creates a visible movement of 2 cm. This occurs when the large and small masses have been rotated closer and closer to each other from about 2 m to about 20 cm. As the approach approaches, the masses begin to oscillate and swing. About half an hour passes before it subsides. The final position of the small masses is then about 2 cm from the initial position. The direct observation of the shift is not possible due to the overlapping free vibrations.
Das Ausführungsbeispiel 1 zur erfindungsgemäßen Lösung zeigt, daß langsame Anzie- hungsbewegungen der Massen in einer bestimmten Richtung sicher zu messen sind - mit viel kleineren Massen, von lediglich 20 g und 1 kg.Exemplary embodiment 1 for the solution according to the invention shows that slow attraction movements of the masses can be measured reliably in a certain direction - with much smaller masses, of only 20 g and 1 kg.
Diese CAVENDISH 'SCHE Lösung ist inzwischen vielfältig weiterentwickelt worden. Heute wird auf diese Weise die Anziehungskraft z.B. rotierender Massen gemessen. Für die Erhaltung schwebender Massen im stabilen Gleichgewicht ist die Lösung ungeeignet.This CAVENDISH ' SCHE solution has since been developed in a variety of ways. Today the attraction of rotating masses is measured in this way. The solution is unsuitable for maintaining floating masses in a stable equilibrium.
1.4 Heutige Lösungen - Mikrowaagen von hoher Empfindlichkeit und von geringer Höchstlast1.4 Today's solutions - microbalances of high sensitivity and low maximum load
Die modernsten technischen Lösungen zur Präzisionsmessung kleiner Massen, und kleiner Übergewichte dieser Massen, sind heute die Laborwaagen, die Mikrowaagen, und die Ultramikrowaagen.The most modern technical solutions for the precision measurement of small masses and small overweights of these masses are today the laboratory scales, the microbalances and the ultra-microbalances.
Diese Lösungen funktionieren ähnlich wie die Torsionswaage, was die Verwendung der elastischen Kraft betrifft. Im Gegensatz dazu wird sie in der Regel durch einen fest eingespannten Biegungsstab genutzt, der in der Art eines einachsigen elastischen Trägers zu bestimmen und zu belasten ist. Er wird schräg nach oben stehend montiert; mitunter wird durch Eindrehen im Lager noch vorgespannt, was den Vorzug hat, daß die Höchstlast durch die zusätzliche Versteifung größer wird.These solutions work similarly to the torsion balance in terms of the use of the elastic force. In contrast, it is usually used by a firmly clamped bending rod, which is to be determined and loaded in the manner of a uniaxial elastic beam. It is mounted diagonally upwards; sometimes it is preloaded by turning it in the bearing, which has the advantage that the maximum load is increased by the additional stiffening.
Der Vorteil dieser Lösungen ist, daß drehende Teile und Reibungsflächen fehlen. Die Störung durch die Reibungskraft ist damit überwunden. Das trägt zur hohen absoluten Empfindlichkeit bei.The advantage of these solutions is that rotating parts and friction surfaces are missing. The disturbance due to the frictional force is thus overcome. This contributes to the high absolute sensitivity.
Der Nachteil ist die geringe Höchstlast, was mit dem Einsatz eines dünnen Biegungsstabes für die möglichst empfindliche Messung der Last zusammenhängt.The disadvantage is the low maximum load, which is related to the use of a thin bending rod for the most sensitive measurement of the load.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Z.B. knickt der waagerechte oder der schräge Stab bei Überlast einfach fort. Beispiele für Höchstlasten modemer Waagen sind:CORRECTED SHEET (RULE 91) For example, the horizontal or inclined bar simply bends away in the event of an overload. Examples of maximum loads of modern scales are:
- Ende der 60iger Jahren von der Firma "Beckmann Instruments" (USA) eine Ultramikrowaage mit 50 g Höchstlast (Ablesung 0,02 mg = 20 μg). - 1996 die Höchstlast einer elektronischen Ultramikrowaage nur 1 /10 davon; dafür stieg die Empfindlichkeit um das 100 - 200fache.- At the end of the 1960s from "Beckmann Instruments" (USA) an ultra-microbalance with a maximum load of 50 g (reading 0.02 mg = 20 μg). - in 1996 the maximum load of an electronic ultra-microbalance was only 1/10 of it; the sensitivity increased 100 to 200 times.
Beispiel: Die Ultramikrowaage S 4 der Firma "Sartorius AG" aus Göttingen (Deutschland) trägt 4,02 g Höchstlast (Ablesung 0,000 1 mg = 0,1 μg).Example: The ultra-microbalance S 4 from the "Sartorius AG" company in Göttingen (Germany) carries a maximum load of 4.02 g (reading 0.000 1 mg = 0.1 μg).
Die Höchstiast von Waagen für ultramikrophysikalische und ultramikrochemischeThe ultimate in scales for ultramicrophysical and ultramicrochemical
Messungen liegt weit darunter:Measurements are far below:
- die Höchstlast der Waage von DONAU beträgt 0,004 g (4 mg)- the maximum load of the DONAU balance is 0.004 g (4 mg)
- die Höchstlast der Waage von SALVIONI beträgt 0,0005 g (0,5 mg)- The maximum load of the SALVIONI scale is 0.0005 g (0.5 mg)
- die Höchstlast der Waage von SEABORG beträgt 0,2 g (200 mg)- the maximum load of the SEABORG balance is 0.2 g (200 mg)
Der Nachteil, den diese technische Lösung mit der gewöhnlichen Waage gemeinsam hat, liegt in den freien Schwingungen. Sie sind nicht zu vermeiden bei einem langen, einseitig eingespannten Träger, oder bei einem zweiseitig eingespannten Torsionsfaden; - und lang muß der Träger sein, denn je länger und dünner er ist, desto kleiner ist die Biegungskraft, und desto empfindlicher die Wägung.The disadvantage that this technical solution has in common with the ordinary scale is the free vibrations. They cannot be avoided with a long, one-sided clamped carrier or with a double-sided clamped torsion thread; - and the carrier must be long, because the longer and thinner it is, the smaller the bending force and the more sensitive the weighing.
Beispiele für Lösungen von dieser Art sind die Waage von DONAU - Zeichnung 4 - eine Kombination aus Torsionswaage und Hebelwaage; Höchstlast von 0,004 g (4 mg).Examples of solutions of this type are the DONAU balance - drawing 4 - a combination of a torsion balance and a lever balance; Maximum load of 0.004 g (4 mg).
Die Waage von SALVIONI - Zeichnung 5 - besteht aus einem seitlich fest eingespannten dünnen Glasstab, woran die Last hängt. Damit ist z.B. die Verdampfungsgeschwindigkeit ätherischer Öle - Moschus -zu messen. Die Ablesung der Änderung des Gewichtes infoige der Verdampfung erfolgt über den Visierfaden durch ein Mikroskop.The scale from SALVIONI - drawing 5 - consists of a thin glass rod that is firmly clamped on the side, to which the load is attached. This is e.g. to measure the evaporation rate of essential oils - musk. The change in the weight of the evaporation infoige is read through the visor thread through a microscope.
Die Waage von SEABORG erhöht die Höchstlast durch eine Vorspannung. Die praktischeThe SEABORG scale increases the maximum load by preloading. The practical one
Bedeutung lag in der Verwendung für ultramikrochemische Experimente zur Messung kleinster Stoffmengen. Sie wurde bei der Erforschung der Transurane entwickelt; damit wurden Mengen von etwa 3miliionstel Gramm (3 μg) Plutonium gewägt - diese Menge ist in einem einzigen Tropfen Flüssigkeit aufzulösen. - siehe Zeichnung 6 - .Significance was in the use for ultramicrochemical experiments for the measurement of very small amounts of substances. It was developed when researching the transuranium elements; this weighed quantities of approximately 3 millionths of a gram (3 μg) of plutonium - this quantity can be dissolved in a single drop of liquid. - see drawing 6 -.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) 2. Technische Aufgabe und technische LösungCORRECTED SHEET (RULE 91) 2. Technical task and technical solution
2.1 Aufgabe2.1 task
Damit ist die zu lösende technische Aufgabe zu sehen: 5 Die Erhöhung der Höchstlast der an der Waage schwebenden Massen ist um einThis shows the technical problem to be solved: 5 The maximum load of the masses suspended on the scales is increased by one
Vielfaches über das zu steigern, was moderne Mikrowaagen heute tragen, und die hohe Empfindlichkeit der Messung des Übergewichtes mit der Mikrowaage durch die Nutzung der elastischen Kraft ist zu übernehmen, und möglichst noch zu steigern.To increase many times over what modern microbalances carry today, and the high sensitivity of the measurement of excess weight with the microbalance through the use of the elastic force is to be adopted and, if possible, to be increased.
Die zweite Aufgabe ergibt sich daraus, daß eine stabile Hebelwaage zur Lösung o gebraucht wird, wobei die Nachteile der gewöhnlichen Hebelwaage nicht zu übernehmen sind, d.h., Reduzierung der Neigung zu freien Schwingungen; und die Vermeidung der Reibungskraft.The second task arises from the fact that a stable lever balance is needed for the solution o, whereby the disadvantages of the usual lever balance cannot be taken over, i.e. reducing the tendency to free vibrations; and avoiding the frictional force.
Die praktische und technische, aber auch wissenschaftliche Bedeutung der Lösung der Aufgabe der Erhöhung der Höchstmasse, die an eine empfindliche Waage anzuhängen ist, 5 geht aus der Abschätzung der absoluten Grenze des Einsatzes der Mikrowaagen hervor. Nimmt man die beste handelsübliche Waage, mit der Höchstlast von 4 g und der Ablesegenauigkeit von 40 Millionen Teile, und geht aus vom aufwendigsten Versuch zur Erzeugung einer großen Kraft der Wechselwirkung der Massen, wobei die ruhende Masse von 100 t Blei aufgebaut worden ist - beides Spitzenleistungen von Technik und Wissenschaft - dann zeigt 0 sich dadurch folgendes:The practical, technical, but also scientific significance of the solution to the task of increasing the maximum mass to be attached to a sensitive scale 5 results from the estimation of the absolute limit of the use of the microbalances. If you take the best commercially available scales, with a maximum load of 4 g and a reading accuracy of 40 million parts, you start from the most complex attempt to generate a large force of the interaction of the masses, whereby the static mass of 100 t of lead has been built up - both Top achievements of technology and science - then 0 shows the following:
Mit der Ultramikrowaage von 4 g Höchstlast ist nicht näher als bis etwa 1 ,15 m an die Mitte der Bleimasse heranzukommen. Näher ist unmöglich, weil die Dichte des Bleies diese räumliche Ausdehnung des Volumens des Festkörpers bedingt. Damit ist die aosolute Grenze des Einsatzes der diesbezüglich besten technischen Lösungen schon zu senen. Die 5 Masse auf der Ultramikrowaage und die Bleimasse erzeugen die Kraft der Wechselwirkung miteinander von wenige Bruchteile eines miliionstel Newton: m - M , ,, ι n_l l 2, -2 0,004 kg - 100000 kg „ a, 1 f)-8 N = . ___ ≡ 6,67 - 10 Nm kg -^-^ = 2 - 10 NWith the ultra-microbalance of 4 g maximum load it is not possible to get closer than about 1, 15 m to the center of the lead mass. Closer is impossible, because the density of the lead causes this spatial expansion of the volume of the solid. This means that the aosolute limit of using the best technical solutions in this regard can already be seen. The 5 masses on the ultra-microbalance and the lead mass produce the force of the interaction with each other from a few fractions of a milion Newton: m - M, ,, ι n _ ll 2 , - 2 0.004 kg - 100000 kg „ a, 1 f) -8 N = . ___ ≡ 6 , 67 - 10 Nm kg - ^ - ^ = 2 - 10 N
Zu wägen ist mit der Waage der 40milllionste Teil des Gewichtes von 4 g, das sind 0 9,81 -10"10 N - das ist etwa 20mal kleiner als die zu erwartende Gravitationskraft. - Das ist theoretisch genug; praktisch zu wenig, um die Kräfte der Wechselwirkung der Massen sicher wiederholbar sicher zu messen. Das bedeutet, mit den bekannten Lösungen ist aus dem Grenzbereich nicht herauszukommen, wo die Wirkung im Prinzip nachzuweisen ist. aber die Toleranz noch nicht ausreicht, schon sicher und genau genug zu messen. 35 Wenn es gelingt, eine Waage zu schaffen, womit die Größenordnung der Empfindlichkeit einer Mikrowaage beizubehalten, und die Höchstlast um 1 bis 3 Größenordnungen zu erhöhen ist, dann ist aus diesem Grenzbereich herauszukommen.Weighing with the scales is the 40 millionth part of the weight of 4 g, that is 0 9.81 -10 "10 N - that is about 20 times smaller than the expected gravitational force. - That is theoretically enough; practically too little to To measure the forces of the interaction of the masses reliably and repeatably, which means that the known solutions cannot get out of the border area, where the effect can be demonstrated in principle, but the tolerance is not yet sufficient, to measure safely and precisely enough it is possible to create a scale that maintains the order of magnitude of sensitivity of a microbalance and increases the maximum load by 1 to 3 orders of magnitude, then one has to get out of this limit range.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Die Aufgabe liegt darin, eine technische Lösung zu finden, und eine Waage zu schaffen, die große Lasten ohne Schneiden und ohne Lager stabil in der Schwebung erhält, und deren Empfindlichkeit ebensogut oder besser ist, als die heutiger Mikro- und Ultramikrowaagen. Daraus ergibt sich der Weg zur technischen Lösung.CORRECTED SHEET (RULE 91) The task is to find a technical solution and to create a balance that can hold large loads without cutting and without a bearing, and whose sensitivity is as good or better than that of today's micro and ultra-micro balances. This leads to the path to a technical solution.
2.1 Lösung der technischen Aufgabe - Erhöhung der Höchstiast durch Zugkraft einer Doppelfaser und Erhöhung der Empfindlichkeit durch elastische Biegungskraft der Doppelfaser2.1 Solution of the technical problem - increasing the maximum load by pulling a double fiber and increasing the sensitivity by elastic bending force of the double fiber
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine als Zug- und Biegungsfaser zwei- fach wirkende elastische Doppelfaser zu verwenden, wobei beide Fasern mit ihrer Zugkraft eine Platte tragen, worauf der Waagenhebel und die Last aufliegt, deren Masse so groß sein kann, wie die Reißlast trägt, und wobei beide Fasern mit ihrer Biegungs- und Rückstellkraft das Übergewicht empfindlich messen, wie der Biegungsstab einer Mikrowaage, und zugleich schwach gegen unerwünschtes Schwingen und unkontrolliertes Kippen stabilisie- ren. In dieser Anordnung schwebt der Waagenhebel im Zustand des Gleichgewichtes waagerecht, und er neigt sich bei Übergewicht, genau wie der Waagenbalken einer gewöhnlichen Waage. Aber die erfindungsgemäße Anordnung funktioniert ohne Reibung, nur durch die Schwerkraft (= Kraft der Wechselwirkung der schwebenden Massen mit der Masse der Erde), und durch die Kraft der Wechselwirkung weiterer umgebender frei schwebender und ruhender Massen, deren Stärke nach dem unter Punkt 2.) im kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs beschriebenen Verfahren zu ändern, und technisch gezielt einzustellen ist. Und sie erhält sich frei schwebend durch die elastische Kraft im Schwerefeld als eine Schwebungswaage, welche große Höchstlasten in stabiler Schwebung zueinander tragt. Der tragende, und sich neigende Hebel liegt zwischen der elasti- sehen Doppelfaser, diese trägt mit ihrer großen Zugfestigkeit ein hohes Gewicht, so daß die Höchstlast groß ist, und sie wirkt mit ihrer kleinen Biegungskraft dem Neigungsmoment des Übergewichtes entgegen, wodurch sie beim Wägen kleiner Massen die Empfindlichkeit einer Mikrowaage besitzt.The solution according to the invention consists in using an elastic double fiber which acts twice as a tension and bending fiber, both fibers carrying a plate with their tensile force, on which the scale lever and the load rest, the mass of which can be as large as the breaking load , and both fibers with their bending and restoring force sensitively measure the excess weight, like the bending rod of a microbalance, and at the same time weakly stabilize against unwanted swinging and uncontrolled tipping. In this arrangement, the balance lever hovers horizontally in the state of equilibrium and it tilts overweight, just like the balance bar of an ordinary scale. But the arrangement according to the invention works without friction, only through the force of gravity (= force of the interaction of the floating masses with the mass of the earth), and through the force of the interaction of other surrounding free-floating and resting masses, the strength of which according to the point 2.) to change the method described in the characterizing part of the claim, and to set technically targeted. And it maintains itself free-floating due to the elastic force in the gravitational field as a beat balance, which carries large maximum loads with a stable beat. The load-bearing and inclining lever lies between the elastic double fiber, which with its great tensile strength carries a high weight, so that the maximum load is high, and it counteracts the inclination moment of the overweight with its small bending force, which makes it smaller when weighing Masses has the sensitivity of a microbalance.
Mit dieser Anordnung sind beide Ziele zu erreichen - große Höchstlast, und hohe Empfindlichkeit.With this arrangement, both goals can be achieved - high maximum load and high sensitivity.
Als Material für die Fasern stehen heute eine Vielzahl zerreißfeste, leicht biegsame elastische synthetische Fasern, wie Vulkanfiber, zu Verfügung. Daran sind schwebende große Höchstlasten anzuhängen, die ein Vielfaches von dem betragen, was eine Mikrowaage trägt. Der Vorteil der Empfindlichkeit der Mikrowaage, die Empfindlichkeit, bleibt erhalten, denn die Biegungskraft liegt für lange dünne Fasern im Bereich zwischen wenige tausendstel und milliardstel Newton. Dadurch ist die kleine Kraft der Neigung der Waage durch dasA large number of tear-resistant, slightly flexible, elastic synthetic fibers, such as vulcanized fiber, are available today as the material for the fibers. Suspended large maximum loads are attached to this, which are a multiple of what a microbalance carries. The advantage of the sensitivity of the microbalance, the sensitivity, is retained because the bending force for long, thin fibers is in the range between a few thousandths and a billionth of a Newton. This is the small force of the inclination of the scales through the
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Übergewicht einer Seite empfindlich zu messen.CORRECTED SHEET (RULE 91) Sensitively measure overweight of one side.
Die Aufgabe ist auch im Hinblick der Reduzierung freier Schwingungen damit gelöst worden, weil zusätzlich noch die symmetrische Anordnung der Fasern eine scharfeThe task has also been solved with regard to the reduction of free vibrations, because the symmetrical arrangement of the fibers is also a sharp one
Symmetrie- und Biegungsebene schafft, um die der Waagebalken nur in einem Freiheits- grad sich auf und ab neigt. Dadurch dämpfen sich Querschwingungen selbst; bzw. entstehen gar nicht erst.Creates a plane of symmetry and bending around which the balance beam only tilts up and down in one degree of freedom. As a result, transverse vibrations dampen themselves; or do not arise at all.
Die Anordnungen, womit die Aufgabe technisch vorzugsweise gelöst wird, sind Schwebungswaagen in der Art, wie mit der Gravitationsfeldwaage beschrieben. - Darauf ist der Vollständigkeit halber nochmals kurz einzugehen: Die Massen ziehen am Ende des Hebels als Zug. Durch eine hochkant auf demThe arrangements with which the object is preferably achieved technically are beat balances of the type described with the gravitational field balance. - For the sake of completeness, this should be briefly discussed again: The masses pull as a train at the end of the lever. Through an upright on the
Waagenhebel (Rohr) stehende Platte (Zugplatte) wird die Zugkraft von den Enden in die Mitte übertragen, auf die Tragplatte. Hier kommt der Zug als Druck auf. Unter der Tragplatte befindet sich eine Querplatte (Führungsplatte), worunter die durch Bohrungen geführten Doppelfasern fest verankert sind. Sie nehmen den in der Platte verteilten Druck wieder als Zugkraft auf, und übertragen die Kraft der Last in Längsrichtung etwa 8 ... 10 cm hoch, wo sie in gleicher Weise in der oberen Tragplatte am Gehäuse der Schwebungswaage befestigt sind. Auf diese Weise ist die Last der Eigenmasse und die Last derschwebenden Massen aufzunehmen, fortzuleiten, und zu übertragen. Die Zugkraft in der neutralen Faser bestimmt die Höchstiast, die Biegungskraft bestimmt die Empfindlichkeit der Wägung; die Rückstellkraft die Stabilität der Schwebung. Für die sichere Anordnung sind Doppelfasern von symmetrischer Beschaffenheit zu nehmen - gleicher Querschnitt, gleiche Länge, gleicher Elastizitätsmodul, gleiche Befestigung,....Balance lever (tube) standing plate (tension plate) the tensile force is transmitted from the ends to the center, on the support plate. Here the train comes as pressure. Under the support plate there is a cross plate (guide plate), under which the double fibers guided through holes are firmly anchored. They take up the pressure distributed in the plate again as a tensile force, and transmit the force of the load in the longitudinal direction about 8 ... 10 cm high, where they are fixed in the same way in the upper support plate on the housing of the beat balance. In this way, the weight of the dead mass and the weight of the floating masses must be absorbed, transmitted and transferred. The tensile force in the neutral fiber determines the maximum load, the bending force determines the sensitivity of the weighing; the restoring force the stability of the beat. For a safe arrangement, double fibers of symmetrical nature must be used - same cross-section, same length, same modulus of elasticity, same attachment, ....
Die Biegungskraft bleibt bei kleiner Neigung, durch ein kleines Übergewicht, klein, wodurch die Empfindlichkeit groß ist.The bending force remains small with a small inclination due to a small excess weight, which makes the sensitivity high.
Zugkraft und Biegungskraft wirken als unabhängige Kräfte. Durch die eine Kraft ist eine große Last im Gleichgewicht in der Schwebung zu erhalten; durch die andere ist die Änderung der Schwebung zu messen.Tractive force and bending force act as independent forces. With the one force a great load in equilibrium is kept in the beat; the change in beat is measured by the other.
Auf diese Weise sind die Aufgaben der Erhöhung der Höchstlast und die Erhaltung der Empfindlichkeit technisch gelöst worden. - Mehrere inzwischen gebaute Prototypen, und damit durchgeführte Messungen und Experimente, bestätigen den Erfolg.In this way, the tasks of increasing the maximum load and maintaining sensitivity have been technically solved. - Several prototypes built in the meantime, and measurements and experiments carried out with them, confirm the success.
Die Zeichnung 1 zeigt die technische Lösung schematisch; die Zeichnung 7das Gleiche etwas anders dargestellt gesondert.The drawing 1 shows the technical solution schematically; the drawing 7 the same is shown somewhat differently separately.
Die Zeichnungen 8, 9, und vOveranschaulichen das Verfahren zur Erzeugung der Kraft der Wechselwirkung zwischen in dieser Anordnung schwebenden Massen, und außerhalb davon ruhenden Massen, die in bestimmter Folge in bestimmte Orte relativ zu den schwebenden Massen vertauscht werden, wodurch jedesmal andere Bewegungen zuDrawings 8, 9, and vO illustrate the method of generating the force of interaction between masses suspended in this arrangement, and masses resting outside them, which are sequentially exchanged for specific locations relative to the floating masses, each time causing different movements
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) erzeugen sind.CORRECTED SHEET (RULE 91) are generating.
Die Zeichnung 11 zeigt die Durchführung des Verfahrens mit einer Schwebungswaage, die über 18 Stunden an einem Ort fest aufgestellt worden ist, in einer Ecke eines tonnenschweren Mauerwerks. Dadurch ist eine besonders langsame Bewegung, und eine besonders kleine Kraft der Wechselwirkung der Masse des Mauerwerks und der Eigenmasse der Schwebungswaage zu beobachten und zu messen.Drawing 11 shows the implementation of the method with a beat balance, which has been permanently installed in one place for 18 hours, in a corner of a masonry weighing several tons. As a result, a particularly slow movement and a particularly small force of the interaction of the mass of the masonry and the mass of the beat scale can be observed and measured.
Die Kraft der Wechselwirkung der Massen ist mit der vorstehend beschriebenen technischen Lösung wirtschaftlich hervorzubringen, weil damit handelsübliche, handliche Gewichte und Massen zu bewegen sind, wo z.B. 20 g und 1 kg, genügen, um damit das Verfahren durchzuführen.The force of the interaction of the masses can be produced economically with the technical solution described above, because it can be used to move commercially available, handy weights and masses, e.g. 20 g and 1 kg are sufficient to carry out the procedure.
Das ist bei weitem einfacher und bequemer, als große Massen von einige hundert Kilogramm zu bewegen, odervon l 00 t-die Masse einer 50 Personenkraftwagen, odereiner Großlokomotive -, wie es bei der Verwendung der gewöhnlichen Waage erforderlich ist, um eine Bewegung und Kraft zu erzeugen, die im Meßbereich liegt. Damit ist die technische Aufgabe gelöst.This is far easier and more convenient than moving large masses of a few hundred kilograms, or 100 tons - the mass of a 50 passenger car, or a large locomotive - as is required when using ordinary scales to move and force generate that lies in the measuring range. This solves the technical problem.
Mit der Schwebungswaage sind große Höchstlasten in der Schwebung zu erhalten, und das Übergewicht ist empfindlich wie mit einer Mikrowaage zu wägen.With the beat scale, large maximum loads can be obtained in the beat, and the excess weight is sensitive as with a microbalance.
3. Ausführungsbeispiele Ausführungsbeispiel 1 - Schwebungswaage für 2 x 20 g Höchstlast3. Embodiments Embodiment 1 - Beat scale for 2 x 20 g maximum load
Die Erhaltung von zwei Lasten von 20 g in der Schwebung erfolgt durch das Einhängen der Massen in die Lastöse unter die untere Waageschale. Die Schwebungswaage hat folgende Kennzeichen: Tragende Fasern von 0,08 mm Durchmesser, aus glasfaserverstärktem Material (Vorfachfiber); anfangs 80 mm lang; sie längen sich nach dem ersten Einhängen der beiden Massen von 2 x 20 g; dann erhalten sie sich in der Länge.The suspension of two loads of 20 g is carried out by hanging the masses in the lifting eye under the lower weighing pan. The beat balance has the following characteristics: load-bearing fibers with a diameter of 0.08 mm, made of glass fiber reinforced material (leader fiber); initially 80 mm long; they are 2 x 20 g long after the two masses have been suspended; then they keep up in length.
Die tragenden Fasern sind gleichlang zugeschnitten; werden in die Bohrungen der Halteplatte oben im Gehäuse (Glas) und unten in der Führungsplatte eingeschoben, auf gleiche Länge und Parallelität geprüft, und auf der Unterseite der Platten befestigt.The supporting fibers are cut to the same length; are inserted into the holes in the holding plate at the top of the housing (glass) and at the bottom in the guide plate, checked for the same length and parallelism, and attached to the underside of the plates.
Die Führungsplatte trägt die Tragplatte; diese den Waagenhebel; und daran sitzt an den Enden das Gehänge mit den Seitenfasern, weiche die Waageschalen halten und die Massen tragen. Die schwebenden Massen sind mehr als 40mai größer als die Eigenmasse von 1 ,8 g. Die Anordnung ist sicher konstruiert: Kann eine vielfach größere Hauptlast tragen, ohne das Störschwingungen durch Nachbiegungen entstehen. (Faser-, Hebel- und Plattensystem beschrieben in: Patentanmeldung "Gravitationsfeldwaage".) Der Wirkungsgrad der Anordnung bestimmtsich durch den Vergleich von Biegungs- undThe guide plate carries the support plate; this the scale lever; and at the ends sits the hanger with the side fibers, which hold the scales and carry the masses. The floating masses are more than 40 times larger than the net mass of 1.8 g. The arrangement is safely designed: can carry a much larger main load without causing interference vibrations due to bending. (Fiber, lever and plate system described in: patent application "gravitational field balance".) The efficiency of the arrangement is determined by the comparison of bending and
Rückstellkraft, die beim Neigen und Stabilisieren des Waagenhebels wirkt, und der Größe der Kraft der Wechselwirkung der Massen, die das Übergewicht einer Seite, und die dadurchRestoring force that acts when tilting and stabilizing the scale lever, and the magnitude of the force of the interaction of the masses, the excess weight of one side, and the result
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) sichtbare Bewegung erzeugt.CORRECTED SHEET (RULE 91) creates visible movement.
Bei einem Abstand von 14 cm der ruhendem Masse von 1 kg und der schwebenden Masse von 20 g beträgt die zu erwartende Gravitationskraft weniger als 1 Billionstei Newton:At a distance of 14 cm of the resting mass of 1 kg and the floating mass of 20 g, the expected gravitational force is less than 1 trillion Newton:
Fo β r .ü s 6,67 • 10-» Nm2kg-2 - 2ü^ ≡ 6,6.10-«N -T (0,14 my Fo β r .ü s 6.67 • 10- »Nm 2 kg- 2 - 2 ü ^ ≡ 6 , 6 . 10 - « N -T (0.14 my
Die Biegungskraft einer 0,08 mm starken elastischen Fasern hat für kleine Neigung unter 1 Grad eine Größenordnung von etwa 0,01 millionstel Newton.The bending force of a 0.08 mm thick elastic fiber has a magnitude of about 0.01 millionth Newton for small inclinations below 1 degree.
Das Verhältnis der Gravitationskraft der Massen und der Biegungskraft der Fasern erreicht dabei die Größe von fast 1 %The ratio of the gravitational force of the masses and the bending force of the fibers reaches the size of almost 1%
was bedeutet, die Kraft der Massen ist mit dieser Anordnung sicher zu messen, aber sie wirkt etwa 100fach langsamer, weil die elastische Kraft etwa 100fach stärker als Rückstellkraft und Bremskraft verzögernd gegenwirkt. Der Wirkungsgrad dieser Anordnung ist besser als der einer gewöhnlichen Waage (s. which means that the force of the masses can be measured safely with this arrangement, but it acts about 100 times slower, because the elastic force retards about 100 times stronger than the restoring force and braking force. The efficiency of this arrangement is better than that of an ordinary balance (see
Abschn. 1.1) , wo 100 1 ruhende Masse und 1 kg schwebende Masse zur Wechselwirkung gebracht worden sind - hier gelingt das viel sicherer, und ist durch eine sichtbare Bewegung mit WOOOOfach kleineren Massen zu beobachten.Sect. 1.1), where 100 1 resting mass and 1 kg floating mass have been brought into interaction - this is done much more safely, and can be observed by a visible movement with masses smaller than WOOOO times.
Darin liegt der wirtschaftliche Vorzug der erfindungsgemäßen Lösung, der sich aus dem hohen Wirkungsgrad der Nutzung der Kraft der Wechselwirkung der Massen ergibt, und zu einer Erzeugung der Kraft mit vertretbarem Aufwand führt.This is the economic advantage of the solution according to the invention, which results from the high efficiency of the use of the force of the interaction of the masses, and which leads to a generation of the force with reasonable effort.
Die sichtbare Bewegung ist schon mit kleinen Massen, womit leicht zu hantieren ist, hervorzubringen: Wie mit 20 g, 50 g, 1000 g.The visible movement can be produced with small masses, which is easy to handle: as with 20 g, 50 g, 1000 g.
Die folgenden zwei Ausführungsbeispiele bringen Meßwerte mit dieser Anordnung erzeugter langsamer Bewegungen. Bei der Bestimmung der Größen der Bewegung gibt es dabei gegenwärtig noch folgendes Problem, das trotz der Bemühungen auch in dieser Richtung bisher nicht auszuräumen war:The following two exemplary embodiments bring measured values with this arrangement of slow movements generated. When determining the sizes of the movement there is currently the following problem, which despite efforts in this direction has not yet been resolved:
Weil so langsame Bewegungen durch so kleine Kräfte bisher nicht zu messen waren - bei der gewöhnlichen Waage, und bei der Mikrowaage sind sie durch Störkräfte und Schwingungen überlagert, oder sie liegen im Toleranzbereich und im Grenzbereich der Messung, und im Schwankungsbereich der Größe - führt der Einsatz dieser Anordnung zu neuen physikalischen Erfahrungen, wofür die Bestimmungsgleichungen heute noch fehlen. Das ist in eine in den gegenwärtigen Grundlagen der Physik und Naturwissenschaft noch ungelöste Aufgabe.Because such slow movements have so far not been possible to measure with such small forces - with ordinary scales, and with micro scales they are overlaid by interference forces and vibrations, or they are within the tolerance range and in the limit range of the measurement, and within the range of fluctuation in size - leads Use of this arrangement for new physical experiences, for which the determination equations are still missing today. This is a task that is still unsolved in the current foundations of physics and science.
Die Kraft der Wechselwirkung der Massen wird darum im folgenden direkt durch die Bewegung gemessen, so, wie sie abläuft - durch das Übergewicht, das sich aus demThe force of the interaction of the masses is therefore measured in the following directly by the movement, as it happens - by the overweight that results from the
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Neigungswinkel des Waagebalkens ergibt, und aus der Beschleunigung, aus der zeitlichen Änderung der Geschwindigkeit der Höhe der Schwebung. Dadurch ist nicht die Gravitationskraft nach dem (NEWTON 'sehen) Gravitationsgesetz zu bestimmen, denn in diesem Gesetz fehlt die Zeit als Bezugsgröße. Damit ist eine neue Naturkraft zu messen,CORRECTED SHEET (RULE 91) Inclination angle of the balance beam results, and from the acceleration, from the temporal change in the speed of the height of the beat. This means that the gravitational force cannot be determined according to the (see NEWTON ' ) law of gravitation, because in this law there is no time as a reference. This is a new natural force to measure
5 die in dieser Form noch nicht erfahren worden ist.5 that has not yet been experienced in this form.
Ausführungsbeispiel 2 - Erzeugung der Änderung der Schwebung zweier 20 g Massen mit einer ruhenden 1 kg MasseEmbodiment 2 - Generating the change in the beat of two 20 g masses with a resting 1 kg mass
Der Zustand der stabilen Schwebung wird für zwei Massen von 20 g auf gleicher ° Höhe, etwa 170 mmm unter dem Waagenhebel durch Auflegen derMikrogewichte, auf die darüber hängenden Waageschalen eingestellt.The state of stable beat is set for two masses of 20 g at the same ° height, about 170 mm below the balance lever by placing the microweights on the weighing pans hanging above.
Dann wird von rechts eine 1-kg-Masse an das Glasgehäuse herangeführt, und dicht an der Wand, in etwa 10,4 cm Höhe über den schwebenden Massen, ruhig abgestellt. Diese Masse bleibt solange stehen, bis der Drehzeiger den Neigungswinkel von 0,5° 5 durchlaufen hat. - Zeichnung 8 -Then a 1 kg mass is brought up to the glass housing from the right, and placed quietly close to the wall, about 10.4 cm above the floating masses. This mass remains until the rotary pointer has passed the inclination angle of 0.5 ° 5. - Drawing 8 -
Während der Dauer des ruhigen Stehens der Masse an der Wand des Gehäuses entsteht innen eine langsame Bewegung: Die Höhe der Schwebung ändert sich.While the mass is standing still on the wall of the housing, there is a slow movement inside: the level of the beat changes.
Die näher an der 1 -kg-Masse schwebende 20-g-Masse wird hochgezogen. Wenn die Drehung 0,5° des Drehzeigers beträgt, hat sich die Höhe um etwa 0,18 mm relativ zum 0 Anfangsniveau geändert. Die zweite schwebende 20-g-Masse schwebt in der gleichen Dauer um die gleiche Strecke tiefer zum Erdboden.The 20 g mass floating closer to the 1 kg mass is pulled up. If the rotation is 0.5 ° of the rotating pointer, the height has changed by approximately 0.18 mm relative to the 0 initial level. The second floating 20 g mass hovers the same distance down the same distance to the ground.
Die Bewegung des Drehzeigers ähnelt etwa der, womit eine Magnetnadel sich einem Magnet nähert, der diese zu sich heranzieht.The movement of the rotary pointer is similar to that with which a magnetic needle approaches a magnet that pulls it towards itself.
5 Danach wird die Masse von 1 kg vertauscht von der rechten auf die linke Seite des5 Then the mass of 1 kg is exchanged from the right to the left side of the
Gehäuses, und dort auf gleicher Höhe, im gleichen Abstand - spiegelbildlich genauso wie zuvor - wieder abgestellt. - Zeichnung 9 -Housing, and there at the same height, at the same distance - mirror image just as before - parked again. - Drawing 9 -
Dort beginnt wieder die gleiche Bewegung - nur in umgekehrter Richtung. Jetzt beginnt die Masse auf der linken Seite in die Höhe zu schweben. Das Resultat 0 von zwölf solcher Messungen ist, daß ein absolut sicherer Zusammenhang zwischen dieser Bewegung und der Anordnung der Massen zu erfahren ist:The same movement starts again - only in the opposite direction. Now the mass on the left side begins to soar. The result 0 of twelve such measurements is that there is an absolutely certain connection between this movement and the arrangement of the masses:
Die Höhe der Schwebung ändert sich um Δ/ι= 0,18 mm in im Mittel T= 38 s ± 6 s; und der Drehwinkel ändert sich in derselben Dauer um 0,5° Winkelgrad. Die Waage wurde zuvor eingestellt auf die Empfindlichkeit einer Zulagemasse von etwa Δm=i ,2 mg pro 35 0,5° Neigungswinkel.The height of the beat changes by Δ / ι = 0.18 mm in average T = 38 s ± 6 s; and the angle of rotation changes by 0.5 degrees in the same period. The balance was previously set to the sensitivity of an additional mass of approximately Δm = 1.2 mg per 35 0.5 ° inclination angle.
Damit sind die Größen gemessen worden, womit zu r Bestimmung der Größe der Kraft derWechselwirkung derMassen, und der Energie derÄnderungderHöhe der SchwebungWith this, the sizes have been measured, thereby determining the size of the force of the interaction of the masses, and the energy of the change in the height of the beat
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) zu kommen ist, und die Bewegung zu bestimmen ist, die durch die Wechselwirkung der Massen erzeugt wird.CORRECTED SHEET (RULE 91) to come, and to determine the motion that is generated by the interaction of the masses.
Die Bewegung ist durch folgende Größen zu messen:The movement can be measured by the following variables:
Die mittlere Geschwindigkeit beträgt 4,7 miilionstel Meter pro Sekunde, was durch die Höhe der Schwebung der 20-g-Masse um die Strecke von 0,18 mm in der mittleren Dauer von 38 s der Wechselwirkung der Massen zu messen ist: V = Δh/T = 0,18 mm / 38 s = 4,7-10 m s,The mean speed is 4.7 millionths of a meter per second, which can be measured by the height of the beat of the 20 g mass around the distance of 0.18 mm in the mean duration of 38 s of the interaction of the masses: V = Δh / T = 0.18 mm / 38 s = 4.7-10 ms,
Die mittlere Beschleunigung beträgt 120 milliardstel Meter pro Quadratsekunde, was durch die mittlere Geschwindigkeit dividiert durch die mittlere Dauer von 38 s der Wechsel- Wirkung der Massen zu messen ist: ä=v7 = 4.7-10"6 ms-1 / 38 s = 1.2-10"7 m/s2, d. i. 120 milliardstel Meter pro Quadratsekunde.The mean acceleration is 120 billionths of a meter per second, which can be measured by the mean speed divided by the mean duration of 38 s of the interaction of the masses: ä = v7 = 4.7-10 "6 ms -1 / 38 s = 1.2 -10 "7 m / s 2 , di 120 billionths of a meter per second .
Die mittlere Größe der Kraft der Wechselwirkung der Massen beträgt 0,15 biilionstei Newton (150 fN - 150-10"15 N ), was durch die (Zulage-)masse 1 ,2 mg =1,2-10-6 kg entsprechend der Änderung des Drehwinkels um 0,5 ° und der mittleren Beschleunigung zu messen ist:The mean size of the force of the interaction of the masses is 0.15 biilionstei Newton (150 fN - 150-10 "15 N), which is due to the (additional) mass 1, 2 mg = 1.2-10- 6 kg corresponding to the Change the angle of rotation by 0.5 ° and measure the average acceleration:
F=1,2-10"6 kg • 1.2-10'7 m/s*, = 1 ,5-10'13 kg m/s2 F = 1.2-10 "6 kg • 1.2-10 '7 m / s *, = 1, 5-10 '13 kg m / s 2
Die mittlere Größe der Energie der Änderung des Niveaus der Schwebung beträgt etwa 0,27 aJ, was durch die mittlere Höhe der Schwebung und durch die mittlere Kraft zu messen ist:The mean magnitude of the energy of the change in the level of the beat is about 0.27 aJ, which can be measured by the mean height of the beat and by the mean force:
Δ W=F-ΔΛ=1 ,5-10'13 kg m/s2 • 0,18 mm =2,7-10"17 Joule (0,27 aJ).Δ W = F-ΔΛ = 1, 5-10 '13 kg m / s 2 • 0.18 mm = 2.7-10 "17 joules (0.27 aJ).
Der Vergleich mit ähnlich kleinen Größen aus dem Energiespektrum von Licht zeigt: Diese Energie beträgt etwa das 10Ofache der Energie eines Strahlungsquants des sichtbaren Lichtes, (3,3-10"19), das im Auge die Empfindung von gelbem Licht bewirkt.A comparison with similarly small quantities from the energy spectrum of light shows: This energy is about 10 times the energy of a radiation quantum of visible light, (3.3-10 "19 ), which causes yellow light in the eye.
Das bedeutet, mit der Anordnung sind mit der Größe der Lichtenergie vergleichbare Energien ganz sicher, und zuverlässig wiederholbar zu erzeugen und zu messen.This means that with the arrangement, energies comparable to the size of the light energy can be generated and measured reliably and reliably in a repeatable manner.
Sie gehen, im Gegensatz zur Strahiungsenergie, nicht mit der Lichtgeschwindigkeit über. Sondern sie gehen durch die Änderung des Zustandes der Schwebung schwerer Massen im Schwerefeld mit der langsamen Geschwindigkeit von 4,7 miilionstel Meter pro Sekunde von Niveau zu Niveau über.In contrast to radiation energy, they do not pass at the speed of light. Rather, they change from level to level due to the change in the state of the beat of heavy masses in the gravitational field at the slow speed of 4.7 millionths of a meter per second.
Ausführungsbeispiel 3 - Messung der Wirkung der Kraft der Masse eines Mauerwerks Die Schwebungswaage wurde unbelastet auf die Empfindlichkeit von ca.0,4 mg pro 1 ° eingestellt. Dann wurde die Waage eingenordet in eine Mauerecke gestellt. - Zeichnung 11Embodiment 3 - measurement of the effect of the force of the mass of a masonry. The beat balance was set to the sensitivity of approximately 0.4 mg per 1 ° without load. Then the balance was placed in a corner of the wall. - Drawing 11
Der Abstand von der Ecke war etwa 1 ,9 m. Die Richtung zur Ecke und die Nord-Süd-The distance from the corner was about 1.9 m. The direction to the corner and the north-south
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Richtung stimmten etwa überein. Die Temperatur erhielt sich in den folgenden Stunden auf etwa 26° C; die Luftfeuchtigkeit bei etwa 60%; der Luftdruck bei 770 mm.CORRECTED SHEET (RULE 91) Direction roughly matched. The temperature remained at about 26 ° C in the following hours; the air humidity at about 60%; the air pressure at 770 mm.
Die Waage wurde stehen gelassen; nach einiger Zeit war die langsame Änderung der Schwebungshöhe ihrer beiden Seiten zu beobachten: Am Anfang neigte sich der Anzeiger in der Dauer von ca.13 Minuten (785 s) um 0,5° zuerst nach rechts, in die Südrichtung - fort von der Masse des Mauerwerks.The scale was left; after a while, the slow change in the beating height of both sides was observed: at the beginning, the indicator tipped 0.5 ° initially over a period of approx. 13 minutes (785 s) to the right, southwards - away from the crowd of the masonry.
Dabei wirkte, wie die folgende Bewegung zeigte, offenkundig das beim Tarieren nicht ganz ausglichene Gleichgewicht nach; vielleicht wirkte sich auch die nicht ideale Symmetrie der Elastizität der Fasern aus. In dieser Stellung verharrte die Neigung; die Bewegung kam zum Stillstand. Danach begann die über die viele Stunden anhaltende Umkehrung des Verlaufes der Bewegung. Der Zeiger durchlief den Weg zurück in die Ausgangsstellung bei 0° Grad. Von dort nach der Dauer von 25 Minuten (1620 s) um 0,5° weiter nach links, in die Nordrichtung - hin zur Masse des Mauerwerks. Die Bewegung in diese Richtung dauerte nun fort: 5 - nach mehr als 3 Stunden (19500 s) hatte der Neigungswinkel die Größe von 5,1 °;As the following movement showed, it was evident that the balance, which was not quite balanced when taring; perhaps the non-ideal symmetry of the elasticity of the fibers also had an effect. The inclination remained in this position; the movement stopped. After that the reversal of the course of the movement, which lasted for many hours, began. The pointer went through the way back to the starting position at 0 ° degrees. From there, after 25 minutes (1620 s), 0.5 ° further to the left, in the north - towards the mass of the masonry. The movement in this direction now continued: 5 - after more than 3 hours (19500 s) the angle of inclination was 5.1 °;
- nach 18 Stunden erreichte er die Größe von 17°,- after 18 hours it reached the size of 17 °,
- und wanderte dann, immer rascher werdend, aus dem Meßbereich heraus.- and then, getting faster and faster, wandered out of the measuring range.
Die Bestimmung der Größen dieser Bewegung zeigt, daß dabei eine Energie wirkt und o übergeht, die millionenfach kleiner ist als die Energie elektromagnetischer Lichtstrahlung:The determination of the magnitudes of this movement shows that an energy acts and passes o that is a million times smaller than the energy of electromagnetic light radiation:
Setzt man einfacherweise eine symmetrische Verteilung der Eigenmasse um dieSimply put a symmetrical distribution of the net weight around the
Neigungsebene voraus, mit zwei Schwerpunkten von 0,9 g rechts und links, etwa auf halberTilt level ahead, with two focal points of 0.9 g on the right and left, about halfway
Länge des Waagenhebels, dann entspricht die Änderung des Neigungswinkels um 0,5° derLength of the scale lever, then the change in the inclination angle by 0.5 ° corresponds to
Änderung der Schwerpunkthöhe von 0,0016 mm. 5 Bezogen auf die anfängliche Dauer von 780 s Dauer der Neigung nach Süd ist dadurch die mittlere Geschwindigkeit der Änderung der Höhe von 2 milliardstel Meter pro Sekunde zu bestimmen:Change the center of gravity height from 0.0016 mm. 5 Based on the initial duration of 780 s duration of the inclination to the south, the average speed of the change in height of 2 billionths of a meter per second is to be determined:
V = 0,016 mm / 780 s = 2,05-10-9 m s, d. i. 2 milliardstel Meter pro Sekunde. Die mittlere Beschleunigung beträgt 2,6 billionstei Meter pro Quadratsekunde, was Q durch die mittlere Geschwindigkeit und die Dauer der Änderung zu bestimmen ist: ö =2,05-10'9 m/s/780 s=2,63-10-12 m/s2, d. i.2,6 billionstei Meterpro Quadratsekunde. Die Kraft der Neigung bestimmt sich aus der Größe der Neigung von 0,5° Winkelgrad und der entsprechenden Masse von 0,2 mg, und aus der mittleren Beschleunigung: F = 0,2-10-6 kg • 2,63-10'12 m/s2 = 5,26-10"19 kg m/s2 [Newton]. 5V = 0.016 mm / 780 s = 2.05-10 -9 ms, ie 2 billionths of a meter per second. The average acceleration is 2.6 billionstei meters per square second, which Q is to be determined by the average speed and the duration of the change: ö = 2.05-10 ' 9 m / s / 780 s = 2.63-10 -12 m / s 2 , di2.6 billionstei meters per square second. The force of the inclination is determined from the size of the inclination of 0.5 ° angular degree and the corresponding mass of 0.2 mg, and from the mean acceleration: F = 0.2-10- 6 kg • 2.63-10 ' 12 m / s 2 = 5.26-10 "19 kg m / s 2 [Newtons]. 5
Die Energie, die zwischen den Schwebungsniveaus langsam übergeht, ist millionenfach kleiner als die Energie von Licht, was durch die mittlere Kraft und den Abstand derThe energy that slowly passes between the beat levels is a million times smaller than the energy of light, which is due to the mean force and the distance of the
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) Niveaus zu bestimmen ist:CORRECTED SHEET (RULE 91) To determine levels:
Δ W= 5,26-10-19 N • 0,0016 mm = 8,41 -10"25 Joule.Δ W = 5.26-10- 19 N • 0.0016 mm = 8.41 -10 "25 joules.
Diese Größen sind in gleicherweise für den anschließenden umgekehrten Veriauf der Bewegung in Richtung des Mauerwerks zu ermitteln.These values must also be determined for the subsequent reverse movement in the direction of the masonry.
Dabei zeigte sich auch, daß eine sehr langsame Beschleunigung der Bewegung erfolgte:It also showed that the movement accelerated very slowly:
Die Energie wird langsam und stetig größer.The energy is slowly and steadily increasing.
Sie bleibt aber weit unter der Größe der Energie eines Lichtquants, die mit der zuvor beschriebenen Anordnung der zeitabhängigen gezielten Vertauschung der Orte der ruhen¬ den Masse dicht an den schwebenden Massen zu erzeugen ist.But it remains well below the size of the energy of a photon, which is to be produced with the above arrangement, the time-dependent targeted exchange of places of rest ¬ mass close to the floating masses.
Diese kleine Energie genügt, um damit die Bewegung über die Dauer von mehr als 18 Stunden stabil aufrecht zu erhalten.This small energy is enough to keep the movement stable over a period of more than 18 hours.
Nach dieser Zeit kommt der Drehzeiger allmählich bis an die Grenze der Skaia, wo der Meßbereich endet.After this time, the rotary pointer gradually comes to the Skaia border, where the measuring range ends.
Dort angelangt, kommt das System, nun immer schneller sich neigend, endgültig aus dem Gleichgewicht. Dann wird die Neueinsteliung fällig, wobei die Nullpunkteinstellung immer schwierig ist; analog wie jeder empfindlichen Waage. Anschließend kann die Messung wiederholt werden.Once there, the system finally leans out of balance, leaning faster and faster. Then the readjustment is due, whereby the zero point adjustment is always difficult; analogous to any sensitive scale. The measurement can then be repeated.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) CORRECTED SHEET (RULE 91)

Claims

PatentanspruchAnordnung und Verfahren zur Erzeugung großer Höchstlasten an empfindlichen Schwe- bungswaagen zur Erzeugung und Messung langsamer Bewegungen und kleiner Energie durch die schwache Kraft der Wechselwirkung der Massen, dadurch gekennzeichnet, Arrangement and method for generating large maximum loads on sensitive balance scales for generating and measuring slow movements and small energy by the weak force of the interaction of the masses, characterized in that
1.) daß die Anordnung aus einer als Zug- und Biegungsfaser zweifach wirkenden elastischen Doppelfaser besteht, wobei beide Fasern mit ihrer Zugkraft eine Platte tragen, worauf der Waagenhebel und die Last aufliegt, deren Masse so groß sein kann, wie die Reißlast der Fasern trägt, und wobei beide Fasern mit ihrer Biegungs- und Rückstellkraft das Übergewicht empfindlich messen und stabilisieren; diese Anordnung der Schwebungswaage mit zwei langen dünnen elastischen Tragfasern ist in der Patentanmeldung "Gravitationswaage" v.7. 11.1996 (Anmeldung-Nr. 19645773.4), sowie vom v. 10.10.1996 beschrieben worden, - Zeichnung 1, Zeichnung 7,1.) that the arrangement consists of a double-acting as a tension and bending fiber elastic double fiber, both fibers carry a plate with their tensile force, on which the scale lever and the load rests, the mass of which can be as large as the tensile load of the fibers , and both fibers with their bending and restoring force sensitively measure and stabilize the excess weight; this arrangement of the beat balance with two long thin elastic supporting fibers is in the patent application "Gravitational balance" v.7. 11.1996 (application no.19645773.4), as well as from v. 10.10.1996 have been described, - drawing 1, drawing 7,
2.) daß in bestimmter Folge an diese im stabilen Gleichgewicht schwebenden Massen (m) von links und von rechts neue Massen (M) herangeführt, und in bestimmten Abstand für eine bestimmte Dauer höher odertiefer ruhig abgestellt, und stehen gelassen werden, oder bei der Annäherung langsamer werdend bewegt werden, und daß diese neu herangeführten Massen nach bestimmter Dauer aus dieser Position wieder fortgenommen werden, dann in die spiegelbildliche Position, auf die andere Seite vertauscht und überführt, werden, oder das mit der Überführung in eine neue Position eine bestimmte Zeitlang gewartet wird, wonach diese Aufstellung in neuer Position erfolgt, dabei ist der Ort und der Abstand bei dieser periodischen Neuaufsteliung beliebig zu variieren ist, so daß die Stärke der erzeugten Wechselwirkung, und die Geschwindigkeit der erzeugten Bewegung gezielt zu steuern, und auch zu regeln ist; - Zeichnung 9, Zeichnung 10, Zeichnung 11 -2.) that new masses (M) are brought up to these masses (m) floating in stable equilibrium from the left and from the right, and are parked at a certain distance higher or lower for a certain period of time, and are left standing, or at Approach are moved slower, and that these newly introduced masses are taken out of this position after a certain period of time, then in the mirror-image position, exchanged and transferred to the other side, or for a certain time with the transfer to a new position is waited, after which this setup takes place in a new position, the location and the distance in this periodic re-setting can be varied as desired, so that the strength of the interaction generated and the speed of the movement generated can be controlled and regulated in a targeted manner ; - Drawing 9, Drawing 10, Drawing 11 -
3.) daß durch dieses Verfahren der zeitabhängigen Vertauschung der Orte ruhender oder schwebender Massen nach Punkt 2.) um in der Anordnung zueinander stabil schwebende Massen eine gezielte schwache Wechselwirkung und eine künstliche langsame Bewegung der Massen gegeneinander technisch hervorzubringen und zu erzeugen ist, wobei durch die Positionen im Raum, durch den Abstand, zueinander, und durch den Zustand der Reiativbewegung, durch die Geschwindigkeit und die Dauer der Einwirkung, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Kraft, und die Energie der Bewegung und Wechselwirkung gezielt zu erzeugen ist, und beliebig zu ändern ist; wobei durch die Wiederaufstellung der Massen in der gleichen oder symmetrischen Anordnung, und durch die Wiederholung des Verfahrens in der gleichen oder umgekehrten Folge, die Bewegung, die Kraft, und die Energie zuverlässig wieder zu erzeugen ist, und dadurch technisch zu nutzen ist.3.) that this method of time-dependent exchange of the locations of resting or floating masses according to point 2.) in order to create a weak interaction and an artificially slow movement of the masses against each other in a stable manner in the arrangement relative to one another technically produce and generate, whereby by the positions in space, by the distance to each other, and by the state of the relative movement, by the speed and the duration of the action, the speed, the acceleration, the force, and the energy of the movement and interaction can be generated, and arbitrarily is to be changed; whereby by repositioning the masses in the same or symmetrical arrangement, and by repeating the process in the same or reverse sequence, the movement, the force, and the energy can be reliably regenerated and can thus be used technically.
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