초진자

Seconds pendulum
두 번째 진자는 2초 간격으로 회전할 때마다 1초가 소요됩니다.
단순 진자는 감쇠가 없고 진폭이 작은 조건에서 거의 단순한 고조파 운동을 나타낸다.

초 진자는 주기가 정확히 2초인 진자이며, 한 방향으로의 스윙에 대해 1초, 0.5Hz의 [1]주파수인 리턴 스윙에 대해 1초이다.

진자

추는 자유롭게 흔들릴 수 있도록 추에 매달린 추입니다.진자가 정지된 평형 위치에서 옆으로 이동하면, 진자는 다시 평형 위치로 가속되는 중력에 의해 복원력을 받게 된다.해제될 때, 진자의 질량과 결합된 복원력은 진자가 평형 위치에서 앞뒤로 흔들리게 합니다.왼쪽 스윙과 오른쪽 스윙이라는 하나의 완전한 사이클의 시간을 기간이라고 합니다.주기는 진자의 길이와 무게 분포(질량 중심 주위의 관성 모멘트) 및 진자 흔들림의 진폭(폭)에 따라 약간 달라진다.

무한히 작은 진폭으로 흔들리는 길이 L의 무중력 줄에 대한 점 질량의 경우, 1초 진자의 줄 길이는 L = g2/g이며, g는 중력에 의한 가속도이며, 1초당 길이 제곱 단위이며, L은 동일 단위에서의 줄 길이이다.g = 9.80665m/s의02 중력으로 인한 SI 권장 가속도를 사용할 경우, 끈의 길이는 약 993.6mm로, 즉 지구상의 모든 곳에서 1cm 미만이 될 것이다.이것이 m2/s로 표현되는 g의 값이 θ에2 매우 가까운 이유를 설명해 줍니다.

두 번째 정의

두 번째 진자 시계는 진자 시계를 발명한 Christiaan Huygens에 의해 1673년경에 만들어졌다.그림은 1673년 파리에서 출판된 그의 논문 호롤로지움 오실라토리움에서 따온 것이며, 호롤로지움이라는 이름의 1658년 출판물에서 호이겐스가 설명했던 메커니즘에 대한 개선 사항을 기록하고 있다.1초 진자(X)가 코드(V)에 매달려 있는 가장자리 탈출(K,L)이 있는 무게 구동 시계(무게 체인 제거)입니다.진자 코드 앞에 있는 대형 금속판(T)은 호이겐스의 '사이클로이드 볼'의 첫 삽화이며, 이는 진자가 사이클로이드 경로를 따르도록 하여 흔들림을 등시적으로 함으로써 정확성을 향상시키려는 시도이다.Huygens는 그것이 하루에 10초의 정확도를 달성했다고 주장했다.

시계추 시계는 1656년 네덜란드의 과학자이자 발명가인 크리스티안 호이겐스에 의해 발명되었고 이듬해 특허를 받았다.Huygens는 실제로 시계를 만든 시계 제작자 Salomon Coster에게 그의 시계 디자인 제작을 도급했다.Huygens는 1602년경부터 Galileo Galilei에 의한 진자 연구에 영감을 받았습니다.갈릴레오는 진자를 유용한 타임 키퍼로 만드는 핵심 특성인 등시론을 발견했는데, 이것은 진자의 흔들림 주기가 다른 크기의 [2][3]흔들림에 대해 거의 같다는 것을 의미한다.갈릴레오는 1637년에 그의 아들이 부분적으로 1649년에 만든 시계추에 대한 아이디어를 가지고 있었지만, 둘 다 그것을 [4]완성하기 위해 살지 못했다.시계추의 도입으로 시계 정확도가 하루 약 15분에서 15초로[5] 크게 높아졌고, 기존의 '버지와 폴리오' 시계가 진자로 개조되면서 시계들의 빠른 확산으로 이어졌다.

이러한 초기 시계들은 변두리 탈출 때문에 80-100°의 넓은 진자 변동을 보였다.호이겐스는 1673년 진자에 대한 분석에서 넓은 흔들림이 진자를 부정확하게 만들어 진자의 주기, 즉 시계의 속도를 운동에 의해 제공되는 구동력의 피할 수 없는 변화에 따라 변화시켰다는 것을 보여주었다.몇 도 정도의 작은 흔들림을 가진 진자만이 등시성이라는 시계 제작자들의 깨달음은 1670년경 앵커 탈출의 발명에 동기를 부여하여 진자의 흔들림을 4-6°[6]로 줄였다.앵커는 진자 시계에 사용되는 표준 탈출구가 되었다.정확도가 향상되었을 뿐만 아니라, 앵커의 좁은 진자 흔들림은 시계 케이스를 더 길고 느린 진자를 수용할 수 있게 해주었고, 이는 더 적은 동력을 필요로 하고 이동 중에 덜 마모되게 만들었다.각각의 스윙이 1초씩 걸리는 길이가 0.994m(39.1인치)인 초 진자는 양질의 시계에서 널리 쓰이게 되었다.윌리엄 클레멘트에 의해 1680년경에 처음 만들어진 이 시계들 주위에 만들어진 길고 좁은 시계들은 할아버지 시계로 알려지게 되었다.이러한 발전으로 인해 정확도가 높아짐에 따라 [7]: 190 1690년경부터 분침이 시계면에 추가되는 경우가 드물었습니다.

추의 발명에 이은 18세기와 19세기의 시계열적 혁신의 물결은 추 시계에 많은 개선을 가져왔다.1675년 리처드 타운엘리에 의해 발명되어 1715년경 조지 그레이엄에 의해 그의 정확한 "조절기" 시계로 대중화된 데드비트 탈출은 앵커 탈출을[7]: 181, 441 점차 대체했고 현재 대부분의 현대 진자 시계에서 사용되고 있다.여름에 진자 시계가 느려진다는 관찰은 진자 막대의 온도 변화에 따른 열팽창과 수축이 오류의 원인이라는 사실을 깨닫게 했다.이것은 온도 보상 진자의 발명으로 해결되었다; 1721년 조지 그레이엄에 의해 수은 진자가,[7]: 193–195 1726년 존 해리슨에 의해 격자 철 진자가.이러한 개선으로, 18세기 중반까지 정밀 진자 시계는 매주 몇 초의 정확도를 달성했습니다.

그 당시 두 번째는 지구의 자전 시간 또는 평균 태양일의 일부로 정의되었고 천문학적인 [8][9]관측에 의해 정밀도가 검사된 시계에 의해 결정되었다.태양 시간은 하늘의 태양의 위치에 따라 시간의 흐름을 계산한 것입니다.태양 시간의 기본 단위는 낮이다.태양 시간에는 외관상 태양 시간과 평균 태양 시간(시계 시간)이 있습니다.

지연 곡선: 로컬 평균 시간을 나타내는 클럭에 비해 해시계가 빠르게 표시되고, 해시계가 축 아래쪽에 느리게 표시됩니다.

평균 태양 시간은 평균 태양의 시간당 + 12시간입니다.이 12시간 오프셋은 각 날이 민간의 목적을 위해 자정에 시작하도록 결정한 반면, 시간 각도 또는 평균 태양은 천정(낮 12시)[10]에서 측정됩니다.일광의 지속 시간은 1년 동안 다양하지만, 평균 태양일의 길이는 겉으로 보이는 [11]태양일과 달리 거의 일정하다.겉으로 보이는 태양일은 평균 [12]태양일보다 20초 짧을 수도 있고 30초 길 수도 있다.길고 짧은 날이 연속적으로 발생하므로 평균 시간이 2월 6일 근처에서는 겉보기 시간보다 약 14분 앞서고 11월 3일 근처에서는 겉보기 시간보다 약 16분 늦어질 때까지 차이가 누적됩니다.시간의 방정식은 이 차이입니다. 이 차이는 주기적이고 매년 누적되지 않습니다.

평균 시간은 평균 태양 다음에 온다.Jean Meus는 평균 태양을 다음과 같이 묘사합니다.

황도를 따라 일정한 속도로 이동하고 (지구가 각각 근일점과 원일점에 있을 때) 진짜 태양과 일치하는 최초의 가상의 태양을 생각해 보세요.그런 다음, 천상의 적도를 따라 일정한 속도로 이동하는 두 번째 가상의 태양과 분점의 첫 번째 가상의 태양과 일치한다고 생각해 보세요.이 두 번째 가상의 태양은 비열한 태양이다.."[13]

1936년 프랑스와 독일의 천문학자들은 지구의 자전 속도가 불규칙하다는 것을 발견했다.1967년 이래로 원자시계는 [14][Note 1]두 번째 원자시계를 정의했다.

도량형에서의 사용

1초 진자의 길이는 1644년 마린 메르센에 의해 결정되었다.1660년, 왕립학회는 그것이 길이의 표준 단위가 될 것을 제안했다.1671년 장 피카르는 파리 천문대에서 이 길이를 측정했다.그는 최근 갱신된 샤틀레 토이즈 440.5라인의 가치를 발견했다.그는 보편적인 토이즈(프랑스어:Toise universelle)은 초 [8][15]진자의 두 배 길이였다.그러나 곧 1초 진자의 길이가 장소에 따라 다르다는 것이 밝혀졌다.프랑스 천문학자 장 리치는 카이엔(현재의 프랑스령 기아나)과 [16]파리 사이의 길이에서 0.3%의 차이를 측정했다.

지구 도형과의 관계

다음 항목도 참조하십시오.미터 이력 mer 자오선 정의 history 자오선호

장 리셔와 지오바니 도메니코 카시니는 화성이 1672년 지구에 가장 가까웠을 때 프랑스령 기아나의 파리와 카이엔 사이의 화성의 시차를 측정했다.이들은 태양으로부터 약 22,000개의 반지름에 해당하는 9.5초의 시차 값에 도달했다.그들은 또한 1669년 동료 장 피카르가 3269,000개의 토이즈로 측정했던 지구의 반지름에 대한 정확하고 신뢰할 수 있는 값에 접근한 최초의 천문학자들이었다.피카르의 측지학적 관찰은 구체로 여겨지는 지구의 크기를 결정하는 것에 국한되어 있었지만, 장 리치에 의한 발견은 수학자들의 관심을 구면 형태로부터의 편차로 돌렸다.지구의 지름이 모든 천체의 거리를 [17][18][19][20][8][21]참조해야 하는 단위였기 때문에 지구의 형상의 결정은 천문학에서 가장 중요한 문제가 되었다.

만유인력의 [22]법칙을 확립하기 위해 피카르의 지구 측량을 사용한 영국의 물리학자 아이작 뉴턴 경은 그의 이론과 지구 형상에 대한 계산을 개략적으로 설명한 그의 프린키피아 매스매티카(1687)에서 이 초 진자 길이의 변화를 설명했다.뉴튼은 지구가 정확히 구형이 아니라 타원형의 타원체 형태를 가지고 있으며, 극에서 약간 평평하게 된 것은 자전의 원심력 때문이라고 정확하게 이론을 세웠다.지구의 표면은 적도보다 극지방의 중심에 더 가깝기 때문에, 중력은 그곳에서 더 강합니다.기하학적 계산을 이용하여,[23] 그는 지구의 가상의 타원체 모양에 대한 구체적인 주장을 했다.

프린키피아의 목표는 자연 현상에 대한 정확한 답을 제공하는 것이 아니라, 과학에서 해결되지 않은 이러한 요소들에 대한 잠재적인 해결책을 이론화하는 것이었다.뉴턴은 과학자들이 설명할 수 없는 변수들을 더 자세히 조사하도록 압박했다.그가 영감을 준 두 명의 저명한 연구자는 알렉시스 클레로와 피에르 루이 모페르튀이였다.그들은 둘 다 지구의 모양에 관한 뉴턴 이론의 타당성을 증명하려고 했다.그렇게 하기 위해, 그들은 자오선을 정확히 측정하기 위해 라플란드로 탐험을 떠났다.이러한 측정으로부터 그들은 지구의 이심률, 완벽한 구면으로부터의 이탈 정도를 계산할 수 있었다.클레어는 지구가 타원체라는 뉴턴의 이론은 맞지만, 그의 계산은 틀렸다는 것을 확인했습니다; 그는 런던 왕립 협회에 [24]그의 발견과 함께 편지를 썼습니다.학회는 이듬해인 1737년에 그의 발견을 폭로하는 기사를 철학적 거래(Philosical Transactions)에 실었다.클레어는 뉴턴의 방정식이 어떻게 틀렸는지 보여주었고 지구에 [25]타원체 형태를 증명하지 못했다.하지만, 그는 뉴턴의 이론이 사실적으로 옳다는 것을 증명할 수 있는 이론의 문제점들을 수정했다.클레어는 뉴턴이 그가 한 모양을 선택한 이유가 있다고 믿었지만 프린키피아에서는 그것을 지지하지 않았다.Clairaut의 기사는 그의 주장을 뒷받침할 유효한 방정식을 제공하지 못했다.이것은 과학계에서 많은 논란을 일으켰다.

Clairaut가 1743년에 Théorie de la picture de la terre를 쓰고 나서야 적절한 답이 나왔다.이 책에서 그는 오늘날 더 공식적으로 알려진 클레어의 정리를 발표했다.Clairaut의 정리를 적용함으로써, Laplace는 지구의 평탄화가 15개의 중력 값으로부터 발견하였습니다.1/330. 현재 추정치는 1/298.25642입니다.[26]

1790년, 미터가 궁극적으로 지구의 사분면에 근거하기 1년 전, 탈리랑은 미터가 위도 45°[1]에서 초 진자의 길이여야 한다고 제안했다.이 길이의 3분의 1이 발을 정의하는 이 옵션은 영국 [27]왕실에서 독립한 직후 미국의 마당을 재정의하기 위해 토마스 제퍼슨과 다른 사람들에 의해서도 고려되었다.

1792년 장 샤를 드 보르다와 장 도미니크 카시니에 의해 실시된 파리의 초진자 길이를 결정하기 위한 진자 실험 도면.그들의 원본 논문으로부터.그들은 진자로 구성된 추를 사용했다.1+1⁄2 인치(3.8 cm)의 플래티넘 볼을 12 피트(3.97 m)의 철선(F, Q)에 매달아 둡니다.정밀시계(A)의 진자(B) 앞에 매달려 있었다.

초진자 방식 대신 프랑스 과학아카데미 위원회는 라그랑주, 라플라스, 몽게, 콩도르세트를 포함한 새로운 측정치를 자오선을 따라 측정된 북극에서 적도(지구 둘레의 사분면)까지의 거리의 1000만분의 1과 동일해야 한다고 결정했다.파리를 통과합니다.프랑스 측량사의 안전한 접근에 대한 명백한 고려 외에도, 파리 자오선은 과학적인 이유로도 좋은 선택이었다. 던케르크에서 바르셀로나까지 사분면의 일부(약 1000km 또는 전체의 10분의 1)는 해수면의 시작점과 끝점으로 측량할 수 있었고, 그 부분은 대략 사분면의 중앙에 있었다.지구 편평성의 영향이 가장 클 것으로 예상됐던 곳.스페인-프랑스 측지학 임무와 파리 자오선의 초기 측정 및 라플란드 측지학 임무가 결합된 결과 지구는 타원형 구면체임을 [21]확인했습니다.게다가, 국부 중력과 원심 가속에 의한 국부 가속도를 결정하기 위해 추를 사용하여 관측했고, 이러한 관측 결과는 극지방에서 지구가 평평하다는 것을 증명하는 측지학적 결과와 일치했다.초진자로 측정되는 지구 표면 근처의 물체의 가속은 국소 중력과 원심 가속의 결합 효과 때문이다.지구 중심으로부터의 거리에 따라 중력이 감소하는 반면, 원심력은 지구의 자전축으로부터의 거리에 따라 증가하며, 결과적으로 지상으로 향하는 가속도는 적도보다 극지방에서 0.5% 더 크고 지구의 극지름은 적도지방보다 작다.전류계[21][28][29][30][Note 2]

과학아카데미는 위도 1도에 해당하는 자오선 부분의 길이 차이에서 지구의 평탄화를 추론할 계획을 세웠다.피에르 Méchain과 장 바티스트 들람은Spanish-French 측지 임무의 결과들을 가지고 1/334은 지구 flattening,[31일]에 대한 가치를 발견하고 그들은 됭케르크, 바르셀로나 사이의 파리 자오선 원호 북극 적도였던 5에 이르는 거리의 그들의 측정치에서 입자 그들의 측정을 결합시켰다.130740 장난감미터기는 이 거리의 1000만분의 1과 동일해야 했기 때문에 [32]페루의 토이스의 0.513074 또는 3피트 11.296 라인으로 정의되었다.페루의 토이즈호는 1735년부터 1744년까지 [33]실제 에콰도르에서 실시된 스페인-프랑스 측지선 선교에서 참조용으로 1735년에 건설되었다.

장밥티스트 비오와 프랑수아 아라고는 1821년에 델람브레와 메체인의 관찰 결과를 완성한 그들의 관찰 결과를 발표했다.그것은 파리 자오선을 따라 위도의 길이가 달라지는 것과 셰틀랜드와 베일레레스 사이의 같은 자오선을 따라 진자의 길이가 달라지는 것에 대한 설명이었다.초 진자의 길이는 g, 즉 국부 중력에 의한 국부 가속도 및 원심 가속도를 측정하는 평균으로, 지구에서의 위치에 따라 달라집니다(지구 [34][35][36]중력 참조).

파리 자오선을 조사하는 작업은 6년 이상 걸렸다.프랑스 대혁명의 여파가 격동하는 동안 평가관이 직면해야 했던 문제는 기술적 어려움뿐만이 아니었습니다.메체인과 델람브레, 그리고 나중에 아라고는 조사 기간 동안 여러 번 투옥되었고, 메체인은 1804년 황열병으로 사망했는데, 그는 스페인 북부에서 원래 결과를 개선하려고 노력하던 중 이 병에 걸렸다.한편 프랑스 과학아카데미 위원회는 443.44 리그네를 조사한 결과 잠정치를 산출했다.이 값은 1795년 [37]4월 7일 법률에 의해 설정되었다.Méchain과 Delambre가 조사를 완료하고 있는 동안 위원회는 일련의 플래티넘 바를 잠정 미터로 만들 것을 명령했다.최종 결과가 알려졌을 때, 미터기 길이 정의에 가장 가까운 막대가 선택되었고 결과에 [38]대한 영구적인 기록으로 1799년 6월 22일 국립문서보관소에 등록되었다.이 표준 미터 바는 위원회 미터(프랑스어: Métre des Archives)로 알려지게 되었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 상세한 것에 대하여는, 원자 시간을 참조해 주세요.
  2. ^ 중력은 지구 중심으로부터의 거리 제곱에 비례하여 감소한다.원심력은 관성에 해당하는 의사 힘이며 지구 자전축으로부터의 거리에 비례하는 지구 표면에 위치한 물체의 회전 속도와 관련이 있다: v = 2µR/T.

레퍼런스

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