Pêndulo de ferro - Gridiron pendulum
O pêndulo de grade era um pêndulo de relógio com compensação de temperatura inventado pelo relojoeiro britânico John Harrison por volta de 1726 e posteriormente modificado por John Ellicott . Foi usado em relógios de precisão. Em pêndulos de relógio comuns, a haste do pêndulo se expande e se contrai com as mudanças de temperatura. O período de oscilação do pêndulo depende de seu comprimento, portanto, a taxa de um relógio de pêndulo variava com as mudanças na temperatura ambiente, causando cronometragem imprecisa. O pêndulo de grade consiste em hastes paralelas alternadas de dois metais com diferentes coeficientes de expansão térmica, como aço e latão . As hastes são conectadas por uma estrutura de modo que suas diferentes expansões (ou contrações) térmicas se compensem, de forma que o comprimento total do pêndulo e, portanto, seu período, permaneçam constantes com a temperatura.
O pêndulo de grade foi usado durante o período da Revolução Industrial em relógios reguladores , relógios de precisão empregados como padrões de tempo em fábricas, laboratórios, prédios de escritórios e correios para programar trabalhos e acertar outros relógios. A grelha tornou-se tão associada à cronometragem de qualidade que até hoje muitos relógios têm pêndulos com grades decorativas falsas, que não têm qualidades de compensação de temperatura.
Como funciona
Sua forma mais simples e posterior consiste em cinco hastes. Uma barra de ferro central sobe do pêndulo até um ponto imediatamente abaixo da suspensão.
Nesse ponto, uma cruzeta (ponte do meio) se estende da haste central e se conecta a duas hastes de zinco , uma de cada lado da haste central, que alcançam e são fixadas na ponte inferior logo acima do pêndulo. A ponte inferior limpa a haste central e se conecta a duas outras barras de ferro que correm de volta para a ponte superior presa à suspensão. Conforme as barras de ferro se expandem com o calor, a ponte inferior cai em relação à suspensão e o pêndulo cai em relação à ponte do meio. No entanto, a ponte do meio sobe em relação à inferior porque a maior expansão das barras de zinco empurra a ponte do meio e, portanto, o pêndulo para cima para coincidir com a queda combinada causada pelo ferro em expansão.
Em termos simples, a expansão para cima do zinco neutraliza a expansão combinada para baixo do ferro (que tem um comprimento total maior). Os comprimentos das barras são calculados de forma que o comprimento efetivo das barras de zinco multiplicado pelo coeficiente de expansão térmica do zinco seja igual ao comprimento efetivo das barras de ferro multiplicado pelo coeficiente de expansão do ferro, mantendo assim o pêndulo com o mesmo comprimento.
A construção original de Harrison usando latão (zinco puro não estava disponível na época) é mais complexa, pois o latão não se expande tanto quanto o zinco. Um outro conjunto de hastes e pontes é necessário, dando nove hastes ao todo, cinco de ferro e quatro de latão. O grau exato de compensação pode ser ajustado tendo uma seção da haste central que é parcialmente de latão e parcialmente de ferro. Eles se sobrepõem (como um sanduíche) e são unidos por um pino que passa pelos dois metais. Vários orifícios para o pino são feitos em ambas as partes e mover o pino para cima ou para baixo na haste muda quanto da haste combinada é de latão e quanto é de ferro. No final do século 19, a empresa Dent comercializou um novo desenvolvimento da grelha de zinco em que as quatro hastes externas foram substituídas por dois tubos concêntricos que eram ligados por uma porca tubular que podia ser aparafusada para cima e para baixo para alterar o grau de compensação.
Desvantagens
Cientistas de 1800 descobriram que o pêndulo de grade tinha desvantagens que o tornavam inadequado para os relógios de maior precisão. A fricção das hastes deslizando nos orifícios da moldura fez com que as hastes se ajustassem às mudanças de temperatura em uma série de pequenos saltos, ao invés de um movimento suave. Isso fazia com que a velocidade do pêndulo e, portanto, do relógio, mudasse repentinamente a cada salto. Mais tarde, descobriu-se que o zinco não é muito estável dimensionalmente; está sujeito a fluência . Portanto, outro tipo de pêndulo com compensação de temperatura, o pêndulo de mercúrio , foi usado nos relógios de maior precisão.
Em 1900, os reguladores astronômicos de mais alta precisão usavam hastes de pêndulo de materiais de baixa expansão térmica, como invar e quartzo fundido .