navbar.frm 20180310
ATTENTIE. . VAKANTIE ONDERHOUD . . Bijeenkomst op 18 oktober 2018 . . Elke zondag 145.475 MHz . . 10:30 RTTY bulletin . . 11:00 uur Woerdense Ronde .
W

CHRISTIAAN HUYGENS EN DE TIJD, het geheim van het slingeruurwerk

Samenvatting

. Slingeruurwerk van Costers en Huygens
Christiaan Huygens (1629-1695) was een prominent wetenschapper. Reeds in een vorig bulletin (27 maart 2005) besteedden wij aandacht aan zijn ontdekking van Titan, de grootste maan van Saturnus. En bezoek ook onze webpagina met Meer referenties

Christiaan Huygens vond het slingeruurwerk uit, waardoor de Mechanische klokken voor het eerst dagen lang hun nauwkeurigheid konden behouden. Het is aan hem te danken dat we straks met oud en nieuw op de seconde af weten wanneer we 2007 instappen.

Huygens klok Op eerste kerstdag 1656 vond hij de theoretische oplossing om een slinger aan een uurwerk te construeren, waarmee hij Galileo Galilei aftroefde die ook al druk bezig geweest was met het slingeruurwerk, maar geen goede oplossing kon vinden. Tevens rekende hij uit hoe lang de slinger moest zijn om exact een tik van een seconde te maken.

Huygens was goed in wis- en natuurkunde, maar voor de praktische uitwerking was hij geheel afhankelijk van uurwerkmaker Salomon Coster. Samen met hem ging hij experimenten uitvoeren in de Hervormde Kerk van Scheveningen. Het resultaat hiervan kreeg bekendheid als het 'Scheveningse systeem'. Het is de simpelste methode om in een uurwerk de waag te vervangen voor een slinger. Het bestaat eruit dat een arm van de waag wordt verwijderd en de andere arm wordt verlengd en met een slinger verbonden.

Uurwerken voorzien van het 'Scheveningse systeem' worden nog een enkele keer in torens met een vroeg smeedijzeren uurwerk aangetroffen. De nieuwe mechaniek van raderwielen en slinger werd weldra op grote schaal door anderen toegepast.

Biografie

Christiaan Huygens was de zoon van de bekende dichter en staatsman Constantijn Huygens. Hij was afkomstig uit een welvarende en voorname Nederlandse familie, een ideaal milieu om zich te ontpoppen als wetenschapper. Huygens woonde bij zijn vader in een statig herenhuis aan het Plein in Den Haag en verbleef 's zomers in het buiten Hofwijck te Voorburg met de riante tuin en bibliotheek. Christiaan vestigde zich daar op den duur permanent en had plannen om een sterrenwacht op het dak te bouwen.

Al op jonge leeftijd bleek dat hij zeer begaafd was. Naar de wens van zijn vader ging hij rechten studeren in Leiden, maar zijn voorkeur ging meer uit naar wis- en natuurkunde.
Dat hij daar goed in onderlegd was, blijkt uit de formules en berekeningen die bewaard zijn gebleven in het 'Oeuvres Competes' een achttiendelige serie die in een vitrine staat uitgestald. Van 1666 tot 1681 verbleef hij in Parijs en was hij verbonden aan de Koninklijke Academie van Wetenschappen aldaar. Op een afbeelding van de oprichting staat hij prominent afgebeeld naast de toenmalige Franse vorst Lodewijk XIV.

Huygens is vooral bekend geworden door zijn strijd met Isaac Newton omtrent de eigenschappen van licht. Terwijl Newton beweerde dat licht een transportverschijnsel van kleine deeltjes was, hield Huygens vol dat licht een golfverschijnsel was. Beiden toonden hun gelijk aan met uitvoerige demonstraties. Pas veel later, bewees de relativiteits theorie dat beide geleerden gelijk hadden.

Christiaan Huygens kon zich meten met de groten der aarde en gold in de zeventiende eeuw als een van de leidende figuren op het gebied van wis- en natuurkunde in Europa. Meer over zijn weten

Er is nooit een officieel monument van deze grote wetenschapper opgericht. Pas 210 jaar na zijn dood richtte men in de tuin van het gebouw van de Maatschappij Diligentia in Haarlem een minimonument op, gehouwen uit zandsteen.

HET GEHEIM VAN HET SLINGERUURWERK

De tijdmeting zoals die in de oudheid werd toegepast was voorna- melijk gebaseerd op een constante beweging. Bijvoorbeeld van het afrollen van een touw met een gewicht. De klokkenmaker probeerde dan via allerlei trucs een constante snelheid te krijgen.

Een veel toegepast natuurprincipe was daarbij dat de wrijvingsweer- stand onevenredig groter wordt met toenemende snelheid.
Evenwicht wordt dan gevonden als de wrijvingskracht gelijk wordt aan de zwaartekracht. Helaas is de wrijvingskracht erg afhanke- lijk van allerlei grootheden, zoals temperatuur, vochtigheid en stof.

Huygens en Galilei maakten gebruik van het evenwicht tussen kinetische energie, energie van beweging en potentiele energie in een slinger. De energie die nodig is om een standaard massa omhoog te brengen is uitsluitend afhankelijk van de bereikte hoogte. Die energie wordt volledig in snelheid omgezet op het laagste punt van de slinger. Door de starre slinger bestaat er een vaste kwadratische relatie tussen de uitwijking van de slinger en de slingerhoek. De slinger slingert met een bij benadering sinusvormige uitwijking als funktie van de tijd.

De enige parameters die de slinger frequentie bepalen zijn de gravitatieconstante en de lengte van de slinger.

Verstoring wordt veroorzaakt door de niet exacte sinusvormige slingerbeweging. De invloed van wrijving kan willekeurig klein gemaakt worden door de zware slinger gewichten. We hebben dan te maken met een grote opgeslagen Energie = Massa x Hoogte x Gravitatieconstante. Toch moet regelmatig de verloren gegane wrijvingsenergie worden toegevoegd. Die wordt door het klokmechanisme geleverd.

De slingeramplitude moet constant gehouden worden omdat er geen exacte sinusbeweging ontstaat met deze eenvoudige slinger. Huygens bleek deze problemen als eerste onderkend te hebben en bedacht het ons nu zo bekende mechanisme.

In de electronica zien we dat LC- en kwartsoscillatoren met de zelfde problematiek te maken hebben. Amplitude variaties verstoren de frequentiestabiliteit en verliezen moeten worden gecompenseerd door een schakeling met energieversterking.

De klokken van Huygens waren dus nauwkeurige mechanische oscillatoren. Door hun perioden te tellen met een mechanisch telwerk kon men een tijdverschil meten. De absolute tijd moest nog altijd van de stand van de zon worden afgeleid.
Over de verdeling in maanden en jaarovergangen heeft men eeuwen gebakkeleid, maar dat is een verhaal apart zie PI4WNO-bulletin 29 febr 2004

Een uitgebreid verhaal over de ontwikkeling van de slingerbeweging vind u op de website van de Univ. van Utrecht

( pa0phb)
Pieter J. T. Bruinsma, PA0PHB

Meer informatie:

. .