Ellips gedachten                                                                                      Laatste wijziging 2024-03-17

In het kort:
Enkele gedachten en overwegingen.


Weinig bewezen methodes om ellipsvorming tegen te gaan.
Zo goed als alle auteurs die ik gezien heb noemen het probleem van het elliptische pad, en schrijven de oorzaak ervan toe aan inperfecties in de constructie. Sommige auteurs geven een methode aan om de ellipsvorming te voorkomen of te onderdrukken. Geen van hen geeft aan dat het met die methode gelukt is, met uitzondering van Charron met de naar hem genoemde ring, of d.m.v. wervelstroomdemping met een metalen ring onder de bob en een magneet in de bob.

De rechte lijn is een uitzondering.
Bezie de rechte lijn als een bijzonder geval van de ellips, nl. een ellips met korte as = 0.
Geef me één goede reden waarom de slinger die ene uitzondering zou volgen, terwijl er oneindig veel elliptische alternatieven zijn. Er zou dan een mechanisme moeten zijn dat de slinger naar het rechte pad dwingt. Klaarblijkelijk is dat mechanisme er niet. De zwaartekracht die de slinger naar het middelpunt trekt is zo’n kracht, evenals de door sommige auteurs voorgestelde aantrekkende magneet in het centrum. Deze mechanismes, hoewel intuïtief, blijken niet te werken.
In tegendeel, er blijkt een mechanisme te zijn waardoor de ellipticiteit toeneemt. Er wordt dus energie overgedragen van de lange as naar de korte as. Ik heb nog geen auteur gezien die dit mechanisme expliciet beschrijft, of het moet Kamerlingh-Onnes zijn, maar de wiskunde van K.O. gaat mij ver boven de pet.

De Schumacher methode werkt.

Schumacher beschrijft een methode van aandrijven van de slinger waarij de intrinsieke precessie van de ellips (niet de ellips zelf) volledig geëlimineerd kan worden. Mijn experimenten met die methode bevestigen dat. In het praktische experiment dat Schumacher beschrijft wordt ook de ellips vorming tegengegaan door wervelstroom demping. Hij beschrijft geen experiment waarin dat niet gedaan wordt.
Mijn experimenten waarbij er geen enkele manier van ellips onderdrukking gebruikt wordt, doen vermoeden dat met het toepassen van het Schumacher principe ook de ellipticiteit beperkt blijft. Als ik de aandrijving uitschakel zie ik een snelle toename van de ellipticitieit.

De richting van de ellips keert periodiek om.
De ellipitciteit en de draairichting van de ellips wisselen periodiek. In mijn opstelling gebeurt dat vrij precies bij de noord-zuid en de oost-west overgangen van het slingervlak. In het eerste kwadrant, de richting noordoost - zuidwest is de draairichting rechtsom, in het 2e en 4e kwadrant, de richting noordwest - zuidoost is het linksom. Als ik in zo’n situatie de draairichting omkeer door een paar lichte tikken tegen de bob te geven, keert de draairichting na verloop van ca. 2 uur weer terug naar wat het was. Deze terugkeer lijkt meer volgens een asymptoot te gaan dan lineair.

Deze wisselingen zijn ook beschreven door Kamerlingh-Onnes, maar nogmaals, die wiskunde gaat mij ver boven de pet.
Een interessante vraag is of zulke wisselingen ook zouden voorkomen bij een slinger op een stilstaande planeet, waar er dus geen Foucault precessie of ander Coriolis effect is.

De slingertijd is afhankelijk van de amplitude.
De bekende formule voor de periodetijd van een slinger T= 2 * pi * sqrt (L / g) is een benadering die eigenlijk alleen geldig is voor amplitude 0. Bij grotere amplitude komt er een gecompliceerde term bij die maakt dat de slingertijd iets langer wordt dan T.
Bij een slinger die een elliptisch pad volgt kunnen we dat pad ontbinden in 2 haaks op elkaar staande nagenoeg sinusvormige bewegingen met slingertijden T_lang en T_kort waarbij dus altijd geldt T_lang > T_kort. Omdat de slingertijden ongelijk zijn ontstaat er een toenemend faseverschil, waardoor de verkregen figuur (de ellips) een rotatie zal vertonen, altans geleidelijk van vorm zal veranderen. Denk hierbij aan de figuren van Lissajous.
In een simulatie heb ik gezien dat een rechtsom draaiende ellips initiëel ook een rechtsom gaande precssie vertoont als de korte as een iets kortere periode heeft. Na enige tijd wordt het faseverschil echter te groot om nog een overtuigende ellips te vormen.

Ik heb enige tijd de gedachte gehad dat dit verschil in periodetijd de oorzaak is van de intrinsieke precessie van de ellips. Maar dat klopt niet met de formule die in de literatuur opgegeven wordt voor die precessie. Die geeft nl. aan dat de precessie toeneemt met grotere korte as, terwijl in de bovenstaande redenering bij grotere korte as de slingertijden juist dichter bij elkaar komen te liggen en de precessie zou afnemen.

Maak de slingertijd onafhankelijk van de amplitude.
Een mogelijkheid om de slingertijd (meer) onafhankelijk van de amplitude te maken kunnen we vinden bij Christiaan Huygens, een NL natuurkundige uit de 17e eeuw die enkele belangrijke verbeteringen heeft aangebracht in het slingeruurwerk, waarvan de eenvoudige versie uiteraard ook lijdt aan de amplitde afhankelijkheid van de slingertijd. Huygens heeft bij het ophangpunt een stel “wangen” geplaats met een cycloïdale vorm. Deze vorm staat nu o.m. bekend omdat die de periodetijd van een slinger onafhankelijk van de amplitude kan maken.
Ik weet niet of Huygens weet had van deze eigenschap van de cycloïde, of dat hij op zijn intuitie af ging.
In het geval van de Foucaultslinger zouden we de kabel kunnen ophangen in een buisje met een volgens de cycloïde verlopende diameter, het omwentelingslichaam van de cycloïde, enigszins lijkend op een trompet vorm. Daarmee zou de slingertijd in alle richtingen onafhankelijk kunnen worden van de amplitude.
Gezien de bovenstaande redenering is het de vraag of zo’n constructie zal bijdragen aan het gewenste
slingergedrag.
Kijk op de pagina "Niet begrepen" voor plaatjes van de Huygens klok eb de cycloïdale slinger.

Exacte slingertijd, rekenvoorbeeld.
Voor mijn slinger geldt: L= 4.3078 m, A = 230 mm. Stel de ellipticiteit bijv. 23 mm.

De slingertijd volgens de klassieke formule is dan 4.163840 sec. Na een 3-term correctie 4.164382 sec voor de lange as en 4.163647 sec voor de korte as. Dit geeft een periodetijd verschil van 0.000735 sec, oftewel na 1 / 0.000735 = 1360 periodes is de fase 360 graden gedraaid. Dat is na 5659 seconden of ca. 1.5 uur uur
Dit is dus een substantiëel effect dat vragen moet oproepen, maar het gaat veel te snel om de waargenomen verschijnselen te verklaren. Een van die nieuwe vragen moet zijn: Waarom zien we geen effecten die gerelateerd zijn aan dit periodetijdverschil? en: Speelt dit periodetijdverschil een rol bij het overdragen van energie vanuit de lange as naar de korte?