Im MUDAM kannst du gerade das originale Pendel von Huyens bewundern - mit dem er die Zeit messen wollte. Damit dies gelingt, musste ein Trick her.
Inwiefern ist das Huygens’sche Pendel interessant?
1656 konstruierte der holländische Physiker Christiaan Huygens ein Pendel, dessen Schwingungsdauer (Periode) nicht von der Weite des Pendelausschlags (Amplitude) abhängt. Ein einfaches Fadenpendel hingegen schwingt umso langsamer, je stärker es angestoßen wird, d. h., je größer die Amplitude der Schwingungen ist.
Huygens‘ Geniestreich bestand darin, erkannt zu haben, dass die Periode des Pendels unabhängig von der Amplitude ist, wenn seine Masse eine Zykloiden-Bahn verfolgt. (Siehe Infobox)
Wie funktioniert das Huygens’sche Pendel?
Huygens hat ein Fadenpendel so konstruiert, dass sich der Faden beim Hin-und-Her-Schwingen beiderseits an eine zykloidenförmige Backe anschmiegt (Abb. 1). Wenn nun die Länge des Fadens dem vierfachen des Zykloiden-Radius entspricht, beschreibt die Masse des Pendels eine Zykloide, dessen Radius übereinstimmt mit dem Radius der Backen. Dabei konnte Huygens nachweisen, dass die Periode für alle Amplituden genau den gleichen Wert behielt.
Abb. 1: Die Masse des Pendels bewegt sich auf einer Zykloiden-Bahn
Hier findest Du eine Simulation des Huygens’schen Zykloidenpendels.
Historische Bedeutung
Huygens hatte die Absicht, eine möglichst präzise Pendeluhr herzustellen. Ein einfaches Fadenpendel jedoch eignet sich nicht dafür, da seine Periode von der Weite des Ausschlags abhängt. Verschiedene Benutzer stoßen nämlich das Pendel mehr oder weniger stark an, so dass es mit unterschiedlichen Perioden schwingt und für eine bestimmte Zeitspanne verschiedene Werte angibt.
Huygens versuchte die Länge des Pendels in Abhängigkeit vom Ausschlag zu verkleinern. Die Forschungen erbrachten ihm schließlich die Erkenntnis, dass die Periode eines Fadenpendels nicht mehr vom Ausschlag abhängt, wenn seine Masse eine Zykloide beschreibt.
Das Zykloidenpendel fand nie eine breitere Anwendung, da man mit Hilfe einer einfachen Ankerhemmung eine bestimmte konstante Amplitude erhalten konnte.
Hier findest Du eine Simulation der Ankerhemmung (© Chetvorno via Wikimedia Commons)
Von was hängt die Periode eines Fadenpendels ab ?
Ein Fadenpendel schwingt umso schneller je kürzer sein Faden ist. Die Dauer einer vollständigen Schwingung wird „Periode des Pendels“ genannt. Ein kürzeres Pendel hat also eine kleinere Periode.
Die Periode hängt zudem von der Stärke der Erdanziehung ab. Eine stärkere Anziehung würde zu einer kürzeren Periode führen. Da die Erdanziehung sich von einem Ort zum andern kaum ändert und sich auch nicht zeitlich ändert, kann man sie für immer und überall als konstant ansehen. Sie stört also den Gang des Pendels nicht.
Schließlich hängt die Periode vom maximalen Ausschlag (Amplitude) des Pendels ab. Je größer dieser ist, umso langsamer schwingt das Pendel. Dieser unerwünschte Effekt ist nicht vernachlässigbar.
Das Zykloidenpendel hat diesen Nachteil nicht: Es schwingt mit einer von der Amplitude unabhängigen Periode. Es ist also isochron (siehe Infobox) und eignet sich bestens zu einer präzisen Zeitmessung.
Kunst und Wissenschaft
Das Huygens’sche Zykloidenpendel erlaubt eine genaue Zeitmessung. Der Künstler Julien Berthier stellte sich dabei die Frage, ob es überhaupt einen Unterschied zwischen Zeit und Arbeitszeit gibt. Und er konstruierte eine Echtzeituhr, welche die „geleisteten Arbeitsstunden vor dem Ruhestand“ misst.
Quellenangabe
http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/pend_huygens/theorie_huygens.pdf
Autor: André Mousset (Physiker)
Infobox
Eine gewöhnliche Zykloide entsteht, wenn ein x-beliebiger Punkt eines Rades auf einer Geraden abrollt.
Abb 2: Der Punkt P des abrollenden Kreises beschreibt eine Zykloide mit Radius r.
Durch Anklicken der Abbildung kannst du das Entstehen einer Zykloide simulieren. (© Zorgit via Wikimedia Commons)
Isochron heißt „sich in gleich lang dauernden Zeiträumen zutragend“. Die Schwingungen eines Pendels sind isochron, wenn sie von äußeren Störeinflüssen unabhängig sind.
Die Ausstellung Eppur si muove . Kunst und Technik, ein gemeinsamer Raum (Und sie bewegt sich doch!) ist das Ergebnis einer intensiven Zusammenarbeit zwischen dem Mudam und dem Musée des arts et métiers in Paris. Sie beschäftigt sich mit den vielfältigen Querverbindungen zwischen bildender Kunst und Technik sowie mit dem bedeutenden Einfluss, den die Geschichte von Wissenschaft und Technik auf die zeitgenössischen Künstler hat.
Bespielt wird die gesamte Ausstellungsfläche des Mudam Luxembourg mit etwa 70 Leihgaben (vom 18. Jahrhundert bis heute) aus den prestigeträchtigen Sammlungen des Pariser Museums. Hinzu kommen mehr als 130 Werke von Künstlern, die sich mit den von ihnen thematisierten Konzepten und dem, was sie erfahrbar machen, aber auch durch ihre Herstellungs- und Kooperationsweisen Fragen annehmen, die Technik und Wissenschaft schon seit Jahrhunderten umtreiben.
Die Öffnungszeiten der Ausstellung vom 09/07/2015 bis 17/01/2016:
Montag - Freitag 11h-20h
Samstag - Montag 11h-18h
Feiertage 11h-18h
Geschlossen am 25.12.
