Sekundenpendeluhren – Zeitmesser mit hoher Ganggenauigkeit

Überblick: Sekundenpendeluhren
Sekundenpendeluhren (oder Präzisionspendeluhren) sind Pendeluhren, die eine Schwingungsdauer von einer Sekunde haben.
Sie wurden im 17. Jahrhundert erfunden, um die Zeitmessung zu verbessern und die Längengrade zu bestimmen.
Sie zeichnen sich durch eine hohe Ganggenauigkeit aus, die von verschiedenen Faktoren wie der Pendellänge, der Temperatur, der Luftreibung und der Erdrotation beeinflusst wird.
Sie sind heute vor allem historische und wissenschaftliche Objekte, die in Museen, Observatorien und Privatsammlungen zu finden sind.

Was sind Sekundenpendeluhren?

Eine Sekundenpendeluhr ist eine Pendeluhr, die eine Schwingungsdauer von einer Sekunde hat. Das bedeutet, dass das Pendel in einer Sekunde von einer Seite zur anderen und wieder zurück schwingt. Die Schwingungsdauer eines Pendels hängt von seiner Länge ab: Je länger das Pendel, desto länger die Schwingungsdauer. Um eine Sekunde zu erreichen, muss das Pendel eine Länge von etwa 99,4 cm haben. Diese Länge wurde im 17. Jahrhundert als Sekundenpendel definiert und als Standard für die Zeitmessung verwendet.

Sekundenpendeluhren wurden im 17. Jahrhundert erfunden, um die Zeitmessung zu verbessern und die Längengrade zu bestimmen. Die Längengrade sind die geografischen Koordinaten, die die Position eines Punktes auf der Erde in Ost-West-Richtung angeben. Um die Längengrade zu berechnen, braucht man eine genaue Uhr, die die Ortszeit anzeigt, und eine Referenzzeit, die die Weltzeit oder die Greenwich-Zeit darstellt. Die Differenz zwischen den beiden Zeiten entspricht dem Längengrad des Ortes. Da die Erde sich in 24 Stunden einmal um ihre Achse dreht, entspricht eine Stunde Zeitdifferenz 15 Grad Längengrad. Siehe hierzu auch: Marinechronometer.

Die ersten Uhren, die für die Längenbestimmung verwendet wurden, waren Federuhren oder Taschenuhren. Diese Uhren waren jedoch ungenau und anfällig für Störungen durch die Bewegung des Schiffes, die Temperatur oder die Luftfeuchtigkeit. Die Sekundenpendeluhren boten eine Alternative, die präziser und stabiler war. Sie wurden in Observatorien aufgestellt, die als Referenzpunkte für die Längengrade dienten. Die bekanntesten Observatorien waren das Greenwich-Observatorium in England, das Pariser Observatorium in Frankreich und das Berliner Observatorium in Deutschland.

Wie funktionieren Sekundenpendeluhren?

Sekundenpendeluhren bestehen aus einem Pendel, einem Gehwerk und einem Ziffernblatt. Das Pendel ist an einer Stange befestigt, die an einem festen Punkt aufgehängt ist. Es hat an seinem Ende eine Masse, die als Pendelkörper bezeichnet wird. Der Pendelkörper kann verschiedene Formen haben, wie zum Beispiel eine Kugel, eine Scheibe oder eine Linse. Das Pendel wird durch einen Anstoß in Bewegung gesetzt, der entweder von Hand oder von einem Antrieb erfolgen kann. Der Antrieb kann dabei mechanisch oder elektrisch realisiert werde. Er sorgt dafür, dass das Pendel gleichmäßig schwingt und nicht zum Stillstand kommt.

Das Gehwerk ist der Mechanismus, der die Bewegung des Pendels in die Anzeige der Zeit umwandelt. Es besteht aus verschiedenen Rädern, Zahnrädern, Achsen und der Hemmung. Die Hemmung ist das Herzstück des Gehwerks, das die Verbindung zwischen dem Pendel und dem Gehwerk herstellt. Sie besteht Anker und Ankerrad. Der Anker ist ein Hebel, der an der Pendelstange befestigt ist und zwei Zinken hat, die in die Zähne des Ankerrads greifen. Das Ankerrad ist ein Zahnrad, das mit dem Minutenrad verbunden ist, das wiederum mit dem Stundenrad verbunden ist. Das Minutenrad und das Stundenrad bilden das Zeigerwerk, das die Minuten und die Stunden anzeigt.

Was macht Sekundenpendeluhren so genau?

Sekundenpendeluhren zeichnen sich durch eine hohe Ganggenauigkeit aus, die von verschiedenen Faktoren abhängt. Die Ganggenauigkeit ist die Abweichung der angezeigten Zeit von der wahren Zeit.

Die wichtigsten Faktoren, die die Ganggenauigkeit einer Sekundenpendeluhr beeinflussen, sind:

• Pendellänge: Die Pendellänge bestimmt die Schwingungsdauer des Pendels, die wiederum die Zeitmessung der Uhr bestimmt. Je präziser die Pendellänge, desto genauer ist die Uhr. Die Pendellänge kann jedoch durch verschiedene Einflüsse verändert werden, wie zum Beispiel die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Alterung oder die Verformung des Pendels. Um diese Einflüsse auszugleichen, wurden verschiedene Methoden entwickelt, wie zum Beispiel die Temperaturkompensation, die Luftdruckkompensation oder die Isochronismus-Korrektur.
• Die Erdrotation: Die Erdrotation ist die Drehung der Erde um ihre Achse, die die Tageslänge und die Jahreslänge bestimmt. Die Erdrotation ist jedoch nicht konstant, sondern schwankt leicht durch verschiedene Einflüsse, wie zum Beispiel die Gezeitenkräfte des Mondes, die Atmosphärenströmungen oder Erdbeben. Diese Schwankungen führen zu Abweichungen zwischen der astronomischen Zeit und der mechanischen Zeit, die als Zeitgleichung bezeichnet werden. Die Zeitgleichung kann bis zu 16 Minuten pro Jahr betragen. Um diese Abweichungen auszugleichen, wurden verschiedene Methoden entwickelt, wie zum Beispiel die mittlere Sonnenzeit, die wahre Sonnenzeit oder die gleichmäßige Zivilzeit.
• Schwerkraft: Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft, die zwischen zwei Massen besteht, wie zum Beispiel der Erde und dem Pendel. Sie bestimmt die Beschleunigung des Pendels, die wiederum die Schwingungsdauer des Pendels bestimmt. Die Schwerkraft ist jedoch nicht überall gleich, sondern variiert je nach dem Ort, der Höhe und der Breite. Die Schwerkraft ist am Äquator geringer als an den Polen, weil die Erde dort abgeflacht ist.

Diese Faktoren zeigen, wie komplex und empfindlich die Sekundenpendeluhren sind und wie viel Präzision für die erfolgreiche Konstruktion erforderlich ist.

Geschichte der Sekundenpendeluhr

Die Geschichte von Sekundenpendeluhren beginnt im 17. Jahrhundert, als die Wissenschaft und die Technik einen großen Aufschwung erlebten. Zu dieser Zeit gab es ein großes Interesse an der Erforschung der Welt und der Naturgesetze. Ein wichtiger Aspekt dieser Erforschung war die Zeitmessung, die sowohl für die Astronomie als auch für die Navigation von großer Bedeutung war. Die Zeitmessung war jedoch zu dieser Zeit noch sehr ungenau und unzuverlässig, da die vorhandenen Uhren, wie zum Beispiel die Sonnenuhren, die Wasseruhren oder die Sanduhren, von verschiedenen Faktoren abhängig waren, wie zum Beispiel dem Wetter, dem Standort oder der Wartung.

Um die Zeitmessung zu verbessern, suchten die Wissenschaftler und Uhrmacher nach neuen Methoden und Instrumenten, die präziser und stabiler waren. Eine dieser Methoden war die Verwendung des Pendels als Zeitnormal. Das Pendel ist ein einfaches und geniales Gerät, das aus einem schwingenden Körper besteht, der an einem festen Punkt aufgehängt ist. Das Pendel wurde bereits im Mittelalter von verschiedenen Gelehrten und Erfindern erforscht, wie zum Beispiel Leonardo da Vinci und Galileo Galilei. Sie entdeckten, dass das Pendel eine regelmäßige und wiederholbare Bewegung ausführt, die von der Länge des Pendels abhängt. Sie erkannten auch, dass das Pendel eine gleichmäßige und konstante Zeitmessung ermöglicht, die von der Schwerkraft der Erde bestimmt wird.

Die erste Sekundenpendeluhr und weitere Innovationen

Die erste Sekundenpendeluhr wurde im Jahr 1656 von dem niederländischen Wissenschaftler und Mathematiker Christiaan Huygens gebaut. Huygens war ein Genie, der sich mit verschiedenen Gebieten der Naturwissenschaften beschäftigte, wie zum Beispiel der Optik, der Mechanik, der Astronomie oder der Musik. Er war auch ein Pionier der Horologie, der verschiedene Erfindungen und Verbesserungen an den Pendeluhren machte, wie zum Beispiel die Federhemmung, die Temperaturkompensation oder die Schwerkraftkompensation.

Er baute seine erste Sekundenpendeluhr in Zusammenarbeit mit dem französischen Uhrmacher Salomon Coster, der die mechanischen Teile der Uhr fertigte. Die Uhr hatte ein Pendel mit einer Messingkugel als Pendelkörper, das an einer Holzstange befestigt war. Sie hatte auch ein Holzgehäuse mit einem Zifferblatt aus Messing, das die Stunden und die Minuten anzeigte. Die Uhr hatte eine Ganggenauigkeit von etwa 10 Sekunden pro Tag, was für die damalige Zeit eine große Leistung war.

Huygens war jedoch nicht der einzige, der sich mit den Sekundenpendeluhren beschäftigte. Im 17. und 18. Jahrhundert gab es viele andere Wissenschaftler und Uhrmacher, die sich an der Entwicklung und Verbreitung der Sekundenpendeluhren beteiligten, wie zum Beispiel Robert Hooke, Isaac Newton, John Harrison, George Graham, Thomas Tompion, John Flamsteed, Pierre Le Roy, Ferdinand Berthoud oder Abraham-Louis Breguet.

Die Sekundenpendeluhren waren im 17. und 18. Jahrhundert sehr beliebt und gefragt, sowohl für die Wissenschaft als auch für die Kunst. Sie waren auch ein Symbol für den Fortschritt oder den Status ihrer Besitzer und Erfinder.