Dit topic loopt al enige tijd, en in het begin meldde ik al dat er een voorgeschiedenis was, die ik nog een keer zou opschrijven. Bij deze in het kort:
Begin dit jaar vroeg ik mij, nadat een forumlid er een vraag over had gesteld, af of je met moderne maar goedkope middelen de Cavendish proef in een gewoon woonhuis zou kunnen nadoen. Zonder al te veel na te denken begon ik met een heel eenvoudig testje (zie ook
dit topic):
Een stalen cilindervormig gewicht werd aan een nylon draadje opgehangen, spiegeltje er aan geplakt, de laserstraal wrd via dit spiegeltje geprojecteerd op de muur 5 meter verderop, en toen begon de ellende (excuus, de uitdaging). Hoofdvraag was: Houdt het schommelen van de cilinder rond de rotatie-as vanzelf op of niet, en zo nee hoe krijg ik dat wel stil?
[sharedmedia=core:attachments:23701]
Welnu, dat lukte niet. Een glazen stolp hielp, een dempend badje hielp, een zware kruistafel op een zwaar blad hielp. Maar trillingen in het huis en luchtstromen onder de stolp lieten de cilinder onregelmatig roteren, en dat werd niet voldoende verholpen.
Een van eerste zaken die opvielen was dat de rotatie heel onregelmatig was, alsof de cilinder tijdens het draaien over een onzichtbare bult heenging. Langzamer, langzamer en dan weer sneller en sneller, en nog wel in dezelfde richting!
Na wat piekeren had ik de oorzaak gevonden: Een sterke neodymium magneet in een lade twee meter verderop. Dat was het einde van een eerste test met magnetisch materiaal. Van nu af aan alleen kunststof, lood, messing en aluminium te gebruiken.
Verder blijken betonvloeren te golven dat het een aard heeft. Als ik door het huis liep zwabberde het door het spiegeltje op de muur geprojecteerde laserdotje als een oude dronkaard. Na een tijdje zoeken kwam ik een plek tegen die daar zo goed als geen last van had: een dakbalk. Prijs die hiervoor betaald moest worden was wel dat bij wat wind (windkracht 3 en hoger) de inmiddels van loden gewichten en een messing arm gemaakte torsiebalans door het schudden van het dak onbruikbare resultaten leverde (zie de grafieken in bericht
37).
Een ander probleem waar ik tegen aan liep was het 'op nul stellen' van de balans. Ergens aan de muur hing een gradenverdeling met een nulpunt, en het zou toch wel handig zijn als het spiegeltje aan de balans als hij uitgeoscilleerd is de laserstraal precies op dat nulpunt projecteert. Al bij de eerste test met de cilinder had ik daar problemen mee. Een mooie grote draaiknop met gradenverdeling (zie foto boven) uit de rommelbak leek een aardige oplossing, maar dat viel tegen.
Als ik bij wijze van spreken alleen maar naar die knop keek, kon ik uren wachten tot de zaak uitgetrild was. En verder bleek het zo precies draaien (tienden van een booggraad) van de knop ondoenlijk. Cavendish had er een oplossing met een lange staaf met wormwiel en tandwiel voor bedacht, en als dat bij hem goed ging, waarom dan niet in een moderner variant gekopieerd?
Dus een klein instrumentje geknutseld van oude rommeldingen: Wat mdf, een oud 6 volt motortje met vertragingskast, een tandwiel en een van een M6 boutje gemaakt wormwiel plus een schakelaar voor heen- en terug draaien. Twee lijmtangen op het ding goed tegen de dakbalk te drukken en mijn afstandsbediende 'draadrotator' was een feit:
- IMG_20170510_160753645 930 keer bekeken
- rotator detail 930 keer bekeken
De rotatie bedraagt ongeveer 1 graad per 5 seconden, en om precies uit te kunnen lijnen is er op het tandwiel een extra laserdiode met magneetjes bevestigd. Door op de muur elders een schaal op te hangen waar deze laserdot op schijnt, kan ik door het motortje heel kort aan te zetten de draad uitstekend en met grote precisie naar het gewenste punt draaien. Straks (aantal weken verderop..) als ik met de meetproeven van de slingerduur en -hoek begin, komt dit instrumentje mij prima van pas. Ik kan dan door de draad gedurende x seconden over y graden te roteren en weer teug op nul te draaien een vrij nauwkeurig bepaalde slingerbeweging inzetten.
Wat eerste tests met deze torsiebalans verliepen tamelijk desastreus:
Ik had wat nylondraad, een rolletje fluorcarbon, en omdat ik meerdere draadmaterialen wilde testen heb ik er een rolletje Dyneema bij gekocht en een hoge 'e' 0.009 (later ook 0.007) gitaarsnaar op de kop getikt. Alle draden waren geschikt voor maximale belastingen tot ongeveer 10 kg (althans dat stond op de verpakking).
Omdat ik zocht naar de draad met de kleinste torsieweerstand begon ik met het Dyneema, en wat een deceptie werd dat.
Het spul is oersterk, heeft een ongemeen geringe torsieweerstand, maar kruipt dat het een aard heeft.
Kruip is een heel vervelende materiaaleigenschap, sommige materialen (waaronder dit type Dyneema) kunnen niet tegen langdurige grote belastingen; ze zijn alleen tijdens korte belastingen zo sterk. Bij langdurige belasting beginnen er een voor een vezeltjes te knappen. Je ziet het hier als het ware gebeuren, de balans maakt malle sprongen:
- Dyneema kort 930 keer bekeken
En na een kleine dag is de Dyneemadraad door het geleidelijk knappen van de vezeltjes al een stuk langer geworden:
- Dyneema 16 uurs stress test 930 keer bekeken
Na drie dagen geeft het materiaal zich gewonnen en de draad knapt.
Met het fluorcarbon was ik sneller helemaal klaar. Op de verpakking stond een breeksterkte van 9,9 kg, maar zelfs de 3,5 kg van mijn torsiebalansje was teveel voor het materiaal; het knapte al bij ongeveer 3 kg belasting.
Vervolgens het nylon getest. Dat hield zich kranig (rekte wel erg veel, wat de lengte van de draad tevoren bepalen lastig maakte). Toch zag ik zo af en toe een rare zwieper van de balans. Het bleken de knoopjes te zijn die ik in het nylon had gelegd om het aan de torsiearm en de draadrotator vast te maken. Die knoopjes verspringen intern soms een beetje, en dan kan je de meting overdoen.
Dus een veel betrouwbaarder bevestigingsmethode bedacht door van een paar reststukjes messing twee mini spantangen te maken die de draad zonder nood aan knoopjes netjes inklemden. Zie de foto's van de draadrotator.
Hoewel het nylon een lage torsieweerstand heeft en dus mijn voorkeur had boven staal, heb ik ook dit materiaal uiteindelijk moeten verwerpen. De torsieweerstand bleek sterk temperatuurafhankelijk, en bij lange na niet lineair. Bovendien duurde het weken voordat de kennelijk aanwezig interne spanningen in het materiaal waren uitgewerkt en de balans niet meer uit zichzelf langzaam rondjes dezelfde kant op bleef draaien, je zag bij wijze van spreken hoe de macromoleculen van het nylon zich herschikten onder spanning.
Hoe zo'n torsiebalansje in de open lucht tekeer kan gaan is mooi te zien op de volgende animatie, die te groot is om hier te plaatsen:
klik . Je ziet als het ware de luchtstroom wijzigen bij afkoelen en opwarmen van de kamer.
En zo kwam ik dus bij het knutselen van een glazen winddicht kastje en een gitaarsnaar uit, en begint dit topic.