Wahadło Gridiron - Gridiron pendulum
Ruszt wahadło było kompensacją temperatury zegar wahadło wymyślony przez brytyjskiego zegarmistrza Johna Harrisona około 1726 roku i później zmodyfikowany przez John Ellicott . Był używany w precyzyjnych zegarach. W zwykłych wahadłach zegarowych pręt wahadła rozszerza się i kurczy wraz ze zmianami temperatury. Okres od wahadła zależy od jego długości, więc szybkość zegara wahadła zróżnicowane ze zmianami temperatury otoczenia, co powoduje niedokładne czasomierz. Wahadło rusztu składa się z naprzemiennych równoległych prętów z dwóch metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, takich jak stal i mosiądz . Pręty są połączone ramą w taki sposób, że ich różne rozszerzalności cieplne (lub skurcze) wzajemnie się kompensują, dzięki czemu całkowita długość wahadła, a tym samym jego okres, pozostaje stały wraz z temperaturą.
Wahadło rusztu było używane w okresie rewolucji przemysłowej w zegarach regulacyjnych, zegarach precyzyjnych stosowanych jako wzorce czasu w fabrykach, laboratoriach, budynkach biurowych i urzędach pocztowych do planowania pracy i ustawiania innych zegarów. Ruszt stał się tak kojarzony z wysokiej jakości mierzeniem czasu, że do dziś wiele zegarów ma wahadła z ozdobnymi fałszywymi rusztami, które nie mają właściwości kompensujących temperaturę.
Jak to działa
Jego najprostsza i późniejsza forma składa się z pięciu prętów. Centralny pręt żelazny biegnie od boba do punktu bezpośrednio pod zawieszeniem.
W tym miejscu poprzeczka (środkowy mostek) rozciąga się od środkowego pręta i łączy się z dwoma cynkowymi prętami, po jednym z każdej strony środkowego pręta, które sięgają do dolnego mostka tuż nad bobem i są do niego przymocowane. Dolny most oczyszcza środkowy pręt i łączy się z dwoma kolejnymi żelaznymi prętami, które biegną z powrotem do górnego mostu przymocowanego do zawieszenia. Gdy żelazne pręty rozszerzają się pod wpływem ciepła, dolny mostek opada względem zawieszenia, a bob opada względem środkowego mostu. Jednak środkowy mostek unosi się w stosunku do dolnego, ponieważ większa ekspansja prętów cynkowych wypycha środkowy mostek, a tym samym bob, w górę, aby dopasować się do połączonego spadku spowodowanego rozszerzaniem się żelaza.
Mówiąc prościej, rozszerzanie się cynku w górę przeciwdziała połączonej ekspansji żelaza w dół (która ma większą całkowitą długość). Długości prętów są obliczane w taki sposób, że efektywna długość prętów cynkowych pomnożona przez współczynnik rozszerzalności cieplnej cynku równa się efektywnej długości prętów żelaznych pomnożonej przez współczynnik rozszerzalności żelaza, utrzymując w ten sposób wahadło tę samą długość.
Oryginalna konstrukcja Harrisona wykorzystująca mosiądz (czysty cynk nie był wtedy dostępny) jest bardziej złożona, ponieważ mosiądz nie rozszerza się tak bardzo jak cynk. Potrzebny jest kolejny zestaw prętów i mostów, w sumie dziewięć prętów, pięć żelaznych i cztery mosiężne. Dokładny stopień kompensacji można regulować, stosując część środkowego pręta, która jest częściowo mosiężna, a częściowo żelazna. Te zachodzą na siebie (jak kanapka) i są połączone za pomocą szpilki, która przechodzi przez oba metale. W obu częściach wykonano szereg otworów na kołek, a przesuwanie go w górę lub w dół pręta zmienia ilość łączonego pręta z mosiądzu, a ile żelaza. Pod koniec XIX wieku firma Dent wprowadziła na rynek dalszy rozwój rusztu cynkowego, w którym cztery pręty zewnętrzne zostały zastąpione dwiema koncentrycznymi rurami, które były połączone rurową nakrętką, którą można było wkręcać w górę iw dół, aby zmienić stopień kompensacji.
Niedogodności
Naukowcy z XIX wieku odkryli, że wahadło rusztu ma wady, które sprawiają, że nie nadaje się do zegarów o najwyższej precyzji. Tarcie prętów ślizgających się w otworach ramy powodowało, że pręty dostosowywały się do zmian temperatury w serii małych skoków, a nie płynnym ruchem. Spowodowało to, że tempo wahadła, a tym samym zegar, zmieniały się nagle przy każdym skoku. Później stwierdzono, że cynk nie jest bardzo stabilny wymiarowo; podlega pełzaniu . Dlatego też w zegarach o najwyższej dokładności zastosowano inny rodzaj wahadła z kompensacją temperatury, wahadło rtęciowe .
Już w 1900 roku najbardziej precyzyjne regulatory astronomiczne wykorzystywały pręty wahadłowe z materiałów o niskiej rozszerzalności cieplnej, takich jak inwar i topiony kwarc .