Die Wärme dehnt alle Materialien, welche für Pendel in Frage kommen,
aus und zwar so, daß ein Pendel aus Stahl oder aus Eisen bei
einer Temperaturerhöhung von 1° C täglich etwa eine halbe Sekunde
zurückbleibt; dies gilt für lange und kurze Pendel. Man sucht nun
diesem Uebelstande dadurch abzuhelfen, daß Materialien verschiedener
Ausdehnung genommen werden, so daß die Ausdehnungen sich gegenseitig
möglichst ausgleichen, daß also der Schwingungsmittelpunkt des
Pendels in annähernd gleichem Abstande vom Aufhängepunkt bleibt.
Als kompensierendes Element verwendet man in der Regel Messing,
Zink oder Quecksilber. Das bekannte Rostpendel (an den billigen
„Regulatoren” übrigens oft nur zum Schein angebracht) zeigt Stäbe
von verschiedenem Material, aber von gleicher Form und gleichem
Volumen; die Temperaturänderungen übertragen sich ziemlich gleich
schnell auf alle Teile, allein durch die Querverbindungen der Stäbe
entsteht Reibung, welche eine ruckweise Ausdehnung bewirkt, wodurch
die Kompensation vielfach wieder vereitelt wird. Ursprünglich, als
man bloß Eisen und Stahl verwendete, mußten bis neun Stäbe genommen
werden, da der Unterschied in der Ausdehnung hier nur gering ist.
Nimmt man jedoch Zink, so genügen fünf. Fig. 42 stellt ein Rostpendel
dar. Die beiden inneren, die Pendelstange umgebenden Zinkstäbe dehnen
sich bei zunehmender Temperatur nach oben aus, suchen also das Pendel
zu verkürzen; diese Verkürzung wird aber wieder ausgeglichen durch
die zwei äußeren Stäbe und die innere Stange, welche sich nach unten
ausdehnen. Theoretisch tritt folglich keine Aenderung der Pendellänge
ein.
[Illustration: Fig. 42.]
Das beste Material für Wärmeausgleich ist aber Quecksilber; es
besitzt einen großen Ausdehnungskoeffizienten, ein bedeutendes
spezifisches Gewicht und keinerlei Reibung beim Ausdehnen. Deshalb
wurde es auch bereits von Graham angewendet. In der gewöhnlichen
Form ist ein Quecksilberpendel folgendermaßen eingerichtet: ein
zylindrisches Glasgefäß (zuweilen auch zwei), teilweise mit Quecksilber
gefüllt, ist am unteren Ende der eisernen Pendelstange befestigt.
Diese kann sich nach unten, das Quecksilber nach oben ausdehnen;
man bestimmt die Menge des letzteren so, daß der Schwingungspunkt
des Pendels bei jeder Temperatur in der gleichen Lage bleibt.
Theoretisch ist das nun ganz schön, allein in Wirklichkeit ergeben
sich Schwierigkeiten, welche den Wärmeausgleich sofort wieder ungenau
machen. Um nur einiges zu erwähnen, nimmt selbstredend die dünne
Pendelstange Temperaturänderungen leichter an als die beträchtliche
Quecksilbermasse; dann ist die Höhe der Quecksilbersäule, verglichen
mit der Pendellänge, gering, so daß Temperaturunterschiede in
verschiedener Höhenlage nicht kompensiert werden. Endlich ist auch
die Form des Quecksilbergefäßes ziemlich ungeeignet, die Luft mit dem
möglichst geringen Widerstande zu durchschneiden; dieser letztere
ungünstige Umstand wird noch mehr ins Gewicht fallen, wenn das
Quecksilber auf zwei Gefäße verteilt wird.
Von ähnlichen Erwägungen ausgehend, hat Herr S. Riefler eine
Quecksilberkompensation konstruiert, welche die eben genannten
Fehlerquellen möglichst vermeidet und im Wesentlichen wie folgt
eingerichtet ist (Fig. 43). Die Pendelstange ist ein Mannesmannrohr
von 1 ~mm~ Wandstärke und 16 ~mm~ Weite, das auf zwei Drittel der
Länge mit Quecksilber gefüllt ist (einen ähnlichen Gedanken hatte
schon Graham); die Linse ist im Verhältnis zum Gewichte des ganzen
Pendels sehr schwer. Während nun die Grahamkompensation dadurch richtig
eingestellt wird, daß man Quecksilber ein- oder weggießt, bleibt beim
Riefler-Pendel die Höhe desselben immer gleich; es wird die Korrektur
der Kompensation durch Hinwegnahme (wenn zu wenig kompensiert wird)
oder durch Hinzufügen von Ersatzscheiben, also durch Aenderungen der
Pendelmasse bewerkstelligt. Der Ausdehnungskoëffizient des Stahlrohres
wird durch höchst sorgfältige Messungen bestimmt, so daß schließlich
die Genauigkeit eine ganz außerordentliche wird; schwankt sie doch
nach den Angaben ~Dr.~ Rieflers pro Tag und ± Celsiusgrad nicht
mehr als 5/1000 Sekunden! Zum Zwecke ganz feiner Regulierung werden
noch Zulagegewichte beigegeben, welche in einen an der Pendelstange
angebrachten Becher zu legen sind und dem Pendel innerhalb 24 Stunden
eine Beschleunigung geben, die auf den Gewichten selbst vermerkt ist.
[Illustration: Fig. 43.]
Herr Riefler hat das Kompensationspendel auch noch in einer 2. Form
hergestellt, als sogenanntes „Nickel-Stahl-Kompensationspendel”.[81]
Herr ~Dr.~ E. Guillaume, Mitglied des Direktoriums des internationalen
Bureaus für Maß und Gewicht zu St. Cloud bei Paris fand nämlich, daß
eine Legierung von 37,7 Prozent Nickel und 64,3 Prozent Stahl einen
außerordentlich geringen Ausdehnungskoëffizienten habe, etwa ein
1/12 von demjenigen des Stahles, 1/18 von Messing und bloß 1/23 von
Aluminium. Es lag nun der Gedanke nahe, und einläßliche Untersuchungen
Rieflers bestätigten ihn, daß diese Legierung, „Invar” genannt, sich
für Pendel sehr gut eignen möchte.
[Illustration: Fig. 44.]
Das von der Firma Riefler konstruierte Nickelstahlpendel, (~D. R. P.~
No. 100870) Fig. 44, besteht aus dem massiven Nickelstab ~S~, der
Linse ~L~, sowie den zwei Kompensationsröhren ~C~ und ~C′~ und den
Reguliermuttern ~M~ und ~M′~. Bei den Sekundenpendeln ist das Rohr ~C~
aus Messing, ~C′~ aus Stahl, beide sind etwa 10 ~cm~ lang. Die Dicke
des Pendelstabes beträgt für astronomische Uhren 14 ~mm~, für billigere
Uhren 10 ~mm~. Auch hier ist der Wärmeausgleich noch ein vorzüglicher:
pro Tag und Grad C beträgt der Unterschied bloß ± 0,02 Sekunden.
Die letztgenannte Konstruktion hat vor dem Quecksilberpendel den Vorzug
größerer Billigkeit bei fast gleicher Genauigkeit. Sie wird bereits
an vielen Uhren angebracht und zwar in 4 Ausführungen: Als Halb- und
Ganzsekundenpendel, ferner in einer Länge, die 80 und 90 Schwingungen
entspricht.
Herr Riefler hat auch eine genaue Berechnung der Kompensation
ausgeführt, welche wohl für lange Zeit genügen mag. Früher wurde
nämlich angenommen, daß sich die Linse ebensoviel heben müsse, als sich
die Stange verlängert hat; es ist dies aber deswegen ungenau, weil bei
einer Verlängerung der Pendelstange auch der Schwerpunkt sich senkt.
Genau muß nämlich die Länge des mathematischen Pendels konstant bleiben.