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Beschreibung eines Heliostaten von neuer Einrichtung.

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71
Tab e 11e d er Ve rgr o h e run gen.
Mit dem vollsthdigen tusammen-
Mit dern einfachen Appnrat.
Objective.
I5
I
en Appamt.
0yI:ir
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1
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A l B l
Vergriifserungen.
Objective.
Vergriifserungen.
I
16
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2
3
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70
1
2
3
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5
23 32
38 53
60 83
75 10-1
42
70
110
135
V e r g r t f s e r u n g e n d u r c l r d a s O c u l a r I).
Combinirtc
Linsen.
1,
2,
1, 2,
3,
IV,
2, 3
3, 4
3, -4
4, 5
I
11
l
321
4 09
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584
Combinirtc
I.ins e 11.
1 , 2, 3
2, 3, 4
1, 2 , 3, 4
,
3 , 4, 5
I
.I
550
700
600
1000
Eesclmibung einw Htliostirtcn con ncuer
Einrichtuizg; wn I5n. 11achet te.
(Ilkrllrtin de lu Sociiii d'Xncotwugrrmvzt. 25. Ann. (18%) p. 105.) ')-
u n t e r den Instrumenten, die sich im J. 1823 auf der
Ausstellung von Industrieproducteu ( ZLI Paris) b e f i t ~ ~ t l ~ n ,
') Wiewolil dieser Aufsatz
sclinn
cinige J , ~ h i ea l l ist,
1i.ilre ich
doch grglaubt, itin in den Annalen nictit iibcigrlieii ZII diiilrii,
da nocli aus dem Artikcl: H'eliustut, im K. G e Ii I e r'sclirn W'ijmxbuche zu erhellcn rclreint, alr sey er wenig in Deutscliland bekannt geworden.
72
zeichnetc die von der Regicrung ernannte Jury besonders den von Hrn. Gain b e y construirtcn I-Ieliostatcn
aus, und ariE deren Vorschlng crhielt tlicser Xiinstlcr cine
go I d ene Mcda i I le 11n d ei n e ehrenvo I1e E r :i hiiiii g sow o Ii 1
fur dieses Instrument, \vie aucli fur die B O U S S und
O ~ ~clns
Acquatoreal, die cbenfi~lls in dessen Werkst2lte verfertigt und von der Jury gepdift worden,waren. Hr. G a m b e y war so gefdlig inir das einzige Exemplar, wclches
er in HSnden batte und \velches nur iin Rohen fcrtig
war, zu meiner Dispositioii zn stollen und niir zu erlauben, dasselbc zeiclincn zii lassen. Zwei andere Heliostaten von gleiclier Constrnclion befinden sich , das eine
iu dcr Kiinigl. Sternwartc, das andere in CollZge Bourbon. Uie (;eleIirLen, wclclie dieses lnstruiiient gebrauclit
liabcn, ziclien es dein iiltern Heliostalen vor, und haben
den Wunsch geiiufsert, dafs innn es i n alle pbysilialische
Kabiiielle Frankreichs eirifiihrcn iniip.
G c s c hi c h t e d es H e 1 i o s t a ten.
W a n n eigentlich der I-lcliostat erfunden worden, ist
niclit genau bekannt.
Einigc schreiben die Ei4ndnng
F a ti r e II 11 c i t , dein Urhcber der iu Engleiid gebriiuclilicheii ‘~lier~uoineterskole,
zu, Antlere dagegen dem holliindischcn, Professor S ’ G r a v e s a n d e ; beide Pliysilier wareu %citgenossen von einauder, der erste starb 1736, der
andere 17-12.
13ckanntlich hat der HcIiostat den Zweck, das Sonnenbild auf cinen bestiinmtcn l’unkt zu werfcii, so dafs,
wlilirend die Sonne alle durch die Ileme~nngder Erde
bedingten sclieinbaren Orle einniinnit, ihr BiId auf der
r 7
l a [el, init der xian es auffiingt, eine uiiveriinderlichc
Lage behiilt.
F a h r e n h e i t erhielt die Unbeweglichlreit des Soniienbildes durch zwei successive Reflexionen des Stralils.
Die erste Reflexion gescliah an einem Spiegel, der sich
urn eine mit der Erdaxe parallele Linie umdrehcn liefs,
73
und der dem Strahh die Richtung dieser Linie gab;.durch
die zweite Reflexion an einen bcfestigten Spiegel richtcte man den Stralil nncli deni gcgcbcncn Punkt. Diese
zweiiiialige Reflexion liattc inclefs das Ueble, dafs sic die
Intensitat des Sonnenbildes betr~chilich vcrmiaderte *),
und deshalb setzte S’(;ravcsande eiiien Heliostalen init
eiiicr einer einzigen Reflexion zusammen. Er besclirieb
dasselbe in seincin Werke: Physices &rnenta eic., dessec erste Ausgnbe im J. 1719 erschico.
Der vcrstorbene C h a r 1es,, bckannt durch seine Luftfahrt iia ersten init Wasserstoffgas gofullten Bnllon, so
wie durch seine vortrelllichen Vorlcsuiigen iiber Physik,
* ) W o cs jcdoclr
auf die miiglicli griifstc IntensiiBt des Licllts niclrt
a n k o m m t , verdicnt der I? n Ii r e n 11 c i t’selre IIeliostat (dcr i n der
Edinburgcr Eneyclopaedie Cilsclrlielr dem jetzt vcrewigten Dr. T 11.
Y o u n g zugesclirieberi w i r d ) reclrt sclir d e r Enrpl‘elrlung, d e n n
c r h a t den grofsen Vorzug, dafs c r , sclbst w e n n die Drelrung
des ersten Spiegels durcli ciii Ulrrwerk gesclriclrt, ungleicli wolilfeiler is!, PIS alle iibrigcn Instrumenre d e r Art. In diescr Gestalt
cignct c r sich noclr ~ r uselrr g c n w e n Blessungcn, w i e aus d c r
Abliandlung des Hrn. Prof. ‘ R u d b e r g inr Bd. 14. S. 45. dics.
Annnl. ZUT Geniigc lrervorgellt. B r a u c l i ~inair cinu solclre G e nnuigkcit niclrt, so tritt scin Vorzug noclr iirulrr Ircrvur, da lricr
nur cine Drelrung urn cine einzige feste A x e niitliig ist und ninn
dicse leiclrt R I I S frcicr IIand bewirkcn kann. Ucbrigens, w i c sich
von selbst verstclit, mufs der Spiegcl , um die riclitige Neigung
gcgcn die, d c r Erdaxe p;rrallele, Unidreliungsaxe crlralten zu konn e n , in &ern a n dcm E n d e bcfrndliclirn Clrarniere drelrbw scgn,
u n d so gcstellt w e r d c n ) dafs scinc Normale den W i n k e l zwiselren den auf ilin einfallcnden Stralrlen und der verlingcrten
Umdrehungssxc Iralbirt. Bei gcli6rigcn Naclrriickcn d e r Umdrehungsaxc f d l t dnnn d e r reflectirte Stralil fortdaucrnd weuigstens f i r die Dnuer eines ‘rages, i n paralleler Riclrtung m i t der
E r d a x e a u f ,den zweiten Spiegel, von welcliem PUS er dann nacli
jedem beliebigon P u n k t Iringcworfcn w e r d e n k m n . -Fig. I. Taf. 11.
reigt diesen Ileliostaten , wie i h n
I1 o mi a
Y o u n g in seinen.
Lectures on Nut. Pkiforoph. T.I. PI. 28. abbildet. C ist die’
m i t J e r Erdaxc pmallele Dretlungsare, A der damn befcstigte
Spiegel und B d e r zweite Spiegel, femer sind I die einfallenden u n d R die zuriickgeworfenen Stralrlen.
P.
,
‘r
74
hatte' an' dem Heliostat voli S ' G r a v e s a n e , e einige niitzliche Abiindcrungp angebracbt. Malus, der Entdccker
der LichtpolarisaGon, dcssen Verlust das I<. IugenieurCorps eben so zu bbdauern hat, wic den eines 1)u b cia t,
C o u l o m b und M e u n i e r , lick dcrch Hrn. F o r t i n eincn Reliostaten mit einer eiiizigen fieflexion verfertigen,
welcheii ich im J. 1813 im 16. Heft dcs Journal de
Z'Ecole polytechm'que beschrieben und er1;iutert Iiabe 3.
Der neue Heliostat des Hrn. G a r u b e y besitzt vor
dem M a 1us'schen mehrere Vorziige. Uenn: 1) kann
der .Beobacliter, bevor er denselben gcbrauclit, die respective Lage der beweglichen Theile, aus denen er bestelit, gcnaii priifcn; 2) ist das Instruineiit durch bloke
KenhihiTs' dcr Breite dcs Ueobachtungsortes und der der
Beobacl~tuugszctit eiilspreclieiideii L)cclinationen der Sonne
leicht zu orientiren; 3) ist der Regulator niclit wie vorhin ein frei schwebendes Yeridel, welclies der Wind iin
Gange stiiten liann, sondern in der Ulir beiindlich, mas,
wie arich schon Hr. A r a g o in eiiieiii Bericlite ail die
Acadeniic am 3. Nov. 1S23 benierht. liat, fiir ciii lnstruinent, welches in freier Luft aufgestcllt werden soll, eiii
sehr v esentliches Bedurfnik ist.
T h e o r i e des Heliostaten.
Die astronoiiiisclicn Kenntnisse, a elche erfordcrlich
sind, ~ i n idie 'l'lieorie und dcn ( ; e h ~ i ~ u cdes
h Heliostaten
einzusclrn , sind dieselben, welclie man 7um Studimn der
mathemakclieu Geographie gebraucht. Es reiclit hin zu
.)Aufser
?en hier gwannten Heliostaten liat nocli Hr. P. P r a n d i
ein solclies Instrument in den Nuov. coller. di opusc. Scient.
Bologna lb25, Heft 6. p. 244., besclrrieben, das ich nlir abcr dnrclr
eine Notia im Bufletin unri-ersel Srct. I. Yoi. IV.p. 1 G i . kenne.
D i e Kiirze dirser Nae1~1G:lit und drr Nangrl eincr Zeiclinung
erlauben leider nicli!, ricli einc deutli<%cVorstcllung von der
Einriehtung dieses Instruments nu maclien, hiiclistens ersieht man
daraus, dars sie verscliirden von den bislier bekannten ist; P.
75
wissen, dafs die Erde sicb t3glich uin cine gerade Linie
dreht, die mall die Erdaxe nennt; dafs ein aiif der E r d e
befiudlictrer Beobachter sich unbcwcglich glaubt, und
nIhnt, seiii Slandort scy ciii fester I’unct, von n o ails
er alle Himmelskiirper i n IiencgLing sehe; dafs in dieser
Hypothese die Sonne tiiglich cinen Kreis beschreibt , der
seiiieii Mitielpunkt in tier Erdaxe hat uiid init seiner
Ebeile senkrccht gegen dieselbe sleht ; daCs alle sclieinbaren Uewegungen der Soiine auf eiiicr Kugcl geschchen,
welche inan die Hiininelskugel nennt, uiid die die Linie
voin Beobachter zur Sonne ziiin lladius hat; dafs der Halbinesser dcr Erde gegen diese Liuie so klein ist, dafs man
ohne inerklichen Feliler den Erdkiirper als eiiien materiellei1 Punkt belracliten kanii, der voni Mitlelpunkt der
fli~nmclskiigel niclit verscliieden ist; endlicli, dafs man
diejeiiigeii griirsten Krcise der Hinnnelskugel, deren Ebelien durch die Wcl~avcgelrcn, Meridiane nennt, die mit
deui Aequator parallel Inufeiitleii Krcise: I’arallelhreise,
nnd den Bogen cines Rleridians zwiscllen ciein Aequator
und dcin I’arallellireise, auf dem fur ciiicn beslininitcn
Tag der scheiiibare O r t der Soiine liegt: die l)ecIination
der Sonne fiir diesen Tag.
Es sey C Fig. 2. l‘af. 11. der O r t des Beobacbters.
Dicser sey als Miltelpunkt ’der Himmelshugel angcnommeii, uiid vorausgeselzt, dafs CP,geziililt auf der Weltaxe C p P , den Hadius dieser Kugel vorstclle.
W e n n inan bei der Soone den I)urchmesser und
die Verznderung der Declination zwischen zwei. auf einanderfolgendcn Mittagen vernachliissigt, so scheint dieselbe
a n jedem T a g e einen Kreis SSS‘ zu beschreiben, dessen Mittelpiinkt in I auf der Weltaxe liegt, und dessen
Ebene seirkrecht gegcn diese Axe steht. Die Geradcn,
welclie voni Mittelpunkte C nach den verscliiedenen Orten S, S, S’der S o m e auf dem Kreise SS’S’’ gezogen
werden kiinnen, stellen die Richtung der Soniienstrahlen
a n den verschiedcnen Tagesstuuden vor. Iliesc Geiaden
76
habeii gleiche L%nge unter sich und mit dem Radius CP
der Himmelskugel, und besitzen den geraden Kegcl csss"
ziim geometrischen Ort; der Winkel, den .sie. init der
Weltare machen, ist das Coinplemeiit zur Declination
der Sonne und verandert sich an jedcin Tage wie diese.
In allen Heliostaten init einer einzigen Reflexion ist
der Mittelpunkt M des SpiegeIs, dcr das Sonncnbild nach
einer gegebenen Richtung zuriickwirft, fest. Uer Abstand
C M dieses Mittelpunktes voin Punkte C , dem Orte dcs
Beobachters, ist die Hauptdimensiou des Heliostaten; ihre
Ltinge, die der Verfertiger nach Willkulir niinmt, betragt
bei dein G a m b ey'schen Heliostat ungeftihr 158 Millimeter. Es muL bemerkt werden, dafs der Punkt C als
Mittelpunkt der Himinelskugel angesehn worden ist; dafs
in dieser Hyyolliese der Abstand CMzwischen den Punkten C und 31 den Erdradius vorsiellt, und dafs mati annehnien Irann, die Sonne:istrahlen, die gleictizeitig zu diesen beiden Punkten gelangen, scyen parallel unter sich,
wonach die beiden gcraden Kegel, welche den Rreis
SS'S' der Himmelskugel zur gciiieiilscliaftlic1;ei~Grundtliiche, und die Punkte c und fil zu iliren Sclieiteh haben, nicht inerklich von eiilauder abweiclien. Uicse IdenWit dcr beiden Kegel ist durch die Fig. 2. Taf. XI. nicht
ausgedruckt, da die beiden Geraden CS, J I S , welche
auf dcn Punkt
zulaufen, dell Wiiikcl S C M bilden;
man mufs sich iiidefs erinnern, dak in dcr Hyliothese,
nacli wclcher der Punkt c der Mittelpunkt der Erde und
der Himinelsliugel seyn wiirde, die Gerade CS, welche
den mittlereii Abstand der S o m e von der Erde mifst,
23578 Ma1 so grok als der Erdradius ist, und, wie einzusehen, konnte die Fig. 2. nicht nach einem Maafsstab
gezeichnet werden, wo rioch ein Verhdtnifs wie m+Tg angebbar gewescn ware. Deshalb kann man ohne merklichen
Feliler sich den Punkt C, als Mittelpunkt ,der Himmelskugel, entweder auf die Oberfleche oder. in den Mittelpunkt der Erde verlegt denken, und annehmen, die Son-
s
77
nenstrahten SC, SM; welche gleiclizeitig auf die Punkte
C und Jf fallen, seyen in idler Strenge parallel unter
sich, ~ v a s daiin die PdentitSt der beiden geraden Kegel
C S S S 1und I).ISSS‘ nach sich zieht.
1st die Declination der Sonne fiir einen hestimmten
Tag jm Jahre gegeben, 6 0 trifft der gerade Kegel c&$S1,
;velcher fiir diesen Tag den Ort der Sonnenstrahlen enthalt, die Kugel vom liadius
in dem Kreise ss’s’’,
dessen Mittelpunkt in Z’ auf dcr Wellaxe liegt, und dessen Ebene senkrecht ist gegen diese Axe. Da das Stuck
Css’s” des grofsen Kegels CSSS‘ der geomelrische Ort
der zwischen dem Kreis ss’s’’ und dem Mittelpunkt
liegenden Stralilen ist, so braucht man den grofsen Kegel nicht weilcr ZIX betrachten, sondern nur den kleineren Kegel Css’s’’, dessen Seitcnlinien init der Weltaxe
C p P einen Winkel -inachen, der das Compleiiient zur
Declination der Sonne ist. Alle Kreise, wie ss’s’’, die
Durchschnitte dcr gcraden Kegel CSS’S’’niit dcr Kugel
voin Radius C M , sind dcm Aequator parallel, und liegen auf diescr Kugel, wie die Kreise SS‘S‘ auf der Himmelskiigel. Daraus folgt, dafs man die I’unkte s, s’, s”
dcs Kreises s s’s’’ betracliten hann als die successiveti
Orte der Soiine a n dein ‘j’age, wo dns Coinplelricnt der
Declination den WinlieI s C p zum Maafse hat; sic sind
aucli die Scheitel eincr Rcihe von Drciccken Cilfs, welche die Gerade C M , die Vcrbindungslinie zwischen den
Mittelpunblcn 4 1 und
des Spicgels und der HitnmelsSeile haben. Iii jedem diekugcl, zur ~enieinsc1i;lf~Iiclieii
ser Dreiecke ver2iiih-t sich die Seite CS a n jedeln Tage
in Griifse und in Richtung; wenn man aber die Declination der Sonne fur dic Dauer eiiies Tages als constant
annimmt, so sind die Lange der Seite Cs und der W-inbe1 s C‘p, den sie an diesein Tage mit der Weltaxe maclit,
ebenfalls constant. W a s die drittc Seite Ms des Dreiecks
C M s betrifft, so verandert sie sich in jedern Augenblick
dieses Tages in Grofse und in Richtung, und sic hat euin
cflf
c
c
78
geometrischen Qit deli schicfen Kegel Mss’s”, der die
GrnndflSche s s’s” mit dcm geradeii Kegcl C s s’s” gemcin lint.
L)ic constante Seite cflfdcr Drciccke CMs, CMS’
uiid die berveglichc S e i k J f s derselbcn Dreiecke siiid
zwei iiicrkwurdige Liiiicn fur die Erlilarung tfer Bewegung des Spiegels, der das Sorinenbild nacli eiiiein festeii
Punkt zuriickwerfen soll. Uiescr Spiciel ist kreisrund
untl sein Mittelpunkt betindet sicli in Jf Fig. 3. ‘I’af. 11.;
er wird von eiiiein rechtwinklichen Biigel A B B E getragen, tlcsscn StielPC in der Ebeiie tles Keclitecks A R D E
lie$; e r clrelit sich wii eine Axe AD, die i n diescr Ebcne
betintllich ist, und deren Stutzpunkte A iinti 1) auf der
dcr Lillie B F E parallelen Geratlen A D liegeu. 111 T a n
deli R a n d des Spiegrls, parallel mit desseii Ebene, ist
ein Stab T S R bcfesrigt, so dal’s e r senkrccht gegeii die
Axe A D stclit. Bie - Lage dieses Spiegels untf seiiic
Bewegiiiig a n dern Helioslateii siiid (lurch das vcriinderliclie Breicck cfjfs,Fig. 2., bedinfit TXe Mitlclliiiic
M C dcs Sliels I.‘C (Fig. 3.) k o w l t auf die Suite n I C
des Triaiigcls M C s (Fig. 2.) zii licyeii, untI die i ~ i t ~ c l h i e J f S dcs Slabes Y’A’IL (Fig. 3.) auf dic Seite JZs
(.Pig. 2 . ) dessulbcii Ureiecks.
Ails cliescr Eiiwichliing p h t hervor, dafs, w n n tlcr
StieI J I B S des Spirgels (Fig. 2.) den scIiirfen I<rgcI
Mss’s’’ besc:lweibt, die Ebcne cliescs Syiegels hesIiiiitlig
senkrccht‘ seyn wird auf tler E berie des Ijreieclis
iVs,
Deiiii die beirlco ( h d e u MC, M S (Fig. 3.) siiid setikreclit aiif dcr (;eraden A M Jd, u t i t l tliese (;w;ide ,4 MD
befindet sicli in der Eberie ctcs Spipgels, folglicli ist dicse
Ebeiie seiikrwht gegtw die der beitlcii (;eraden MC, M5‘;
uiid wcil diese (hraden respective nuf die Seiteii MC,
fils des ‘I’riangels CiWs (Fig. 2.) gclegt wortleii, SO folgt
daraus, d a b die Ebece diescs IJreiecks best2ntlig sciikrecht ist gegen die des Spiegels, melche Lage auf dcm
c
79
schiefen Kegel Mss's" der Stiel MS dieses Spiegels auch
einnchmen moge.
Denkt man sich nun einen Mechanismus, vermiige
dessen der Stiel M s n des Spiegels (Fig. 2.) den schiefen Kegel Mss's" beschreiben muk, so kann man weiter 'annehmen, dafs dcr Punlrt s dieses Stiels, welcher
auf dem. Umfang SS'S'' befindlich ist, sich um die Weltare
C p P drehe, so dafs er, iu jedein Augenblicke seiner
Bewegung, in einem und demselben Meridiane mit der
Soone sey. In dieser Hypothese wird irgend'ein Sonnenstrahl t M (Fig. 2.), wclcher auf des Spiegels MitteIpunkt n/r fzllt, in Richtung der unverlnderlichen Geraden M r , der Verllingerung von C M , reflectirt werden.
Dieser Hauptsatz in der Thcorie des Heliostaten lSLt sich
auf folgende Art beweisen.
Der cinfallende Strahl t M (Fig. 2.) hat seinen parallelen sc auf dein geradcn Kegel Css's'', welcher, fur
den Beobachtungstag, dcr geoinetrische Ort aller Sonnenstrahlen ist. Nun enthllt die Ebene dieser beiden paralM e n Strahlen t M , CS die beidell (;eraden M C , Ms
des Dreiecks C M S ; folglicl~ist sic seukrccht gegen die
Ebene des Helioshtenspiegels , und nach dem bcltanriteil
Gesetze der ReHexion dcs Lichts enthllt sic auch den
reflectirten Strahl.
Diefs vorausgesetzt, bemerke man, dafs die Geradc CIY,
gezogen voni Scheitel,
des gleichschenhlichen Dreiecks
CMs zur Mitte N der diesciii Scbeitel g~.~eiiiibcrIiegenden
Seite Mi,senhrecht ist auf dieser, iii der Ebene des Spicgels
liegeden, Seite, folglicli aueh seiikrecht auf dieser Ebene,
die wiederum senhrecht ist a d dcr Ebene des Dreiecks
CMS. I)B nun s ein dem einfallenden Strahl t M paralleler Sonnenslrahl ist, und C N eine Senkreclite auf
dcr Ebene des Spiegels, so wird der Strahl J C VOR einein, dem Heliostalenspiegcl paralleleu, Spiegel M CA',
reflectirt in Richtung der Geraden C M , welcher mit der
c
c
$0
Senkrechten CN dieser Spicgel, den Winkel MCN,
glcich dem Winkel N C s , bildet. Milhin wird der Stralil
t M , welcher CS parallel ist, a n dein Spiegel des HeIiostaten in Richtiing der Geraden MI., der verllngerten
Seite C M des Ureiecks C M s , reflectirt.
Urn die Lage des eiufallenden Stralils t M und des
reflectirten Strahls Mr in Bezug auf den Spiegel zu zeigen, sind diese beiden Geraden auf dein Spiegel (Fig. 3.)
angegeben und mit denselben Bucbstaben bezeiclinet warden. Die dritte und auf dein Spiegel senkrechtc Gerade
llln (Fig. 2. und 3.) halbirt deli Winkel znischen den
Geraden t M, Mr, von denen t M der einfallcntIe Stralil
ist, und M r der iiacli der Verllngerung des Stiels CM’
am 13iigel ABD..!? des Spiegels (Fig. 3.) reflectirk
Strahl.
Kurz wiederholt, ist also der Piillkt
om Stiele
des Spiegels (Fig. 3.) als Mittelpunkt der Himinelsliugel
angesehen; Clll eitie willkubrliclic Gerade, wclche man
zum Kadius einer Init cler Hiininelskugel concenlrischen
Kugel genointncn hat, nnd endlicli CS cine Geradc, wc1che gleichc Lliiige wic C M besitzt, untl a n jedein Tage
init der der Weltaxe parallelen Linie C P p einen Winkel p CS, der das Complement zur Inclination der Sonne
a n dicsem ‘rage is[, bildet, so wie init den Geraden C J f
und MS,den Mittcllinien des Slicls und des Stabes, das
gleichschenkliche Dreieck CMS.
Man setzt voraus: I ) dafs die Seite CMdieses Triangels sich, ziir Richtung auf den gegebenen Punkt, urn
den Punlit c drehen und in dieser Stellung befestigen
lasse; 2) daCs die Seite CS sicli um die W’ellaxe, unler
eiiiem gegebenen M’iakel p CS mit derselbrn, dreben
biinnc. In dieser Voraussetzung drchen sich Spiegel und
Bugel A B E D , der eine iun die Gerade A D und der
aodere uin die Gerade CM, so dars der Stiel TS,bei
seiner Drehuog urn die feste Gerade CPp, dem Puiikte
S folgen wird, welcher den Kreis SSS’ beschreibt.
Wel-
c
82
WeIche Lage dieser Stiel auch haben mag, so geht doch
besthdig durch die Endpunkte der beiden gleichcn Seiten C M , MS des gleichschenliligen Dreiecks C M S ;
allein das Stuck TS,zwischen diesep Seiten, ist von
veranderlicher Lsnge. Die bewegIiche Gerade CS ist in
allen ihren Lagen dein Sonnenstrahl parallel, und kann
fur einen S[rahl angesehen werden, der an einer mit dem
Spiegel T T T’ parallelen Ebene in Richtung des Stiels
C M an diesem Spiegel reflectirt wurde. Es folgt daraus,
dafs alle Sonnenstrahlen, wie JIt, die auf die Mitte M
des SpiegeIs T T 2” fallen, ebenfnlls in Richtung der
Geraden Mr, der Verlzngerung des Spiegelstiels MC,
folglich auch auf den gegebenen Punkt reflectirt werden.
Construction und G e b r a n c h des Heliostaten.
[Wiewohl wir der Meinung sind, dak die Theorie
des G a m b e y’schen Heliostaten h:itte einfacher und kurzer entwickelt werden kiinnen, als es von Hrn. H a c h e t t e geschehen ist, so hnben wir doch absichflich bis
hieher denselben selbst reden Iassen. Es.wurde indefs
ermiidend und zwecklos seyn, w-ollten wir i l m weiter in
das Detail uber die Einriclitung des Instruments und seiner einzelnen Tlieile miirtlich folgen, da es offenbar nur
fur Kunstler geschrieben ist, dic danach zu arbeiten gedschten. Fur das EcdurfniG der Leser wird es vollkornmen geniigend seyn, wenn wir von den vielen Zeichnungen, die der Abliandlring des Verfassers beigcfugt sind
eine einzige wieder geben, und an dieser zeigea, wie
das Instrument den Forderungen der Theorie Genuge
leistet. P.]
Der Aufrifs Fig. 4. Taf. 11. zeigt den Heliostaten in
seiner normalen Stelleng, in der namlich, welche er besilzen niufstc, wenn ein Beobachter unter den Polen sich
desselben zur Zeit , der Aequinoctien bedienen wollte, WO
Annal. d. Pbysik. B d . 9 3 . S 1.3.1829.St.9.
~
F
8’2
und die SonnenstrabIen
horizon l a 1 @infallen.
Die wesentlichcn Theile des Instrninents sind dicjenigen, welche das.gleichschenkliche Dreieck u Y r einschlie€sen; alle ubrigrn diunea nur dazii, dieses Dreicck in die
rirlifige Lngc bringen zu lassen uud es. darin zu crhalten.
Wir haben also zun;ichst zii betrachten: den SpiegeI
nebst scinein Stiele XX, den Triiger o v niit seiner den
+iegel u~nfassendenGabel Y (deullicher in Fig. 3. ‘l’afi II.,
wo sie mit .412DE bezeichnet ist), und das zusammengcsetzte Sliick P o H .
Der Spiegel sleht mit seiner Ebene scnkrecht gegen
die Ebenc des Ureiecks u Yr, untl ist uni die Axe II drclibar. Der cylindrisclie Stiel X X , dessen LZngcnose in
der ver1:ingerteil Ebrine dcs Spiegcls liegt nnd init der
Linie U T zusa~ninrnf~illt,
ist verschiebbar in der Hiilse R’,
welcbe zweier Drehungen uin die beithi gegen einander
scnkrcchtcn ,4xen r uod 8 flihig ist. Dcr Triigcr oo uinfafst init seiner Gabel Y , die sicli i i i n seinc Liingcnaxe
drehen lacst, die Axe u des Spiegels U, und ruht am
andern Elide init der gegcn ihn reclitwinlil~en Axe Y in
eimr Gabel .f, die wicderum wn dic Are %% gedreiit
ivertfcn k a m . Die ( h b e l f ist in dcr Figur ~ i u rzuin
Tbeil siclilbar, die Axe %% dagcgen ganz versteckt, weshnlb sie aucli nur angcdeutet werden konnte.
Die Theorie dieses Ileliostaten verlangt, dafs r Y
die Riclitung der eiiifallendcn, und Fu die dcr riickgeworfcnen Strahlen sey. \\‘cna das Erstere wirkiich der
Fall ist, wenn nlmlich r Y niit der Richtiing der cinfalIenden Stralilen zusamineofiillt, so ist klar, (lafs der Spiegel U U allemal die Riclilring besitzen w i d , welche niithig ist, uin die Srrahlen in Kichtung Yo zuriickzuwerfen; denn da seine Ebune diirch die Linie ru ge11t und
zugleicli senkrccht ist gegen die Ebene des, veriniige der
Construction des Instruments, gIeichschenklicben, Dreiecks
u Y r ; EO wird auch seine Normale in der Ebene des
also die Erdaxe senkrecht steht
uu
’
83
Dreiecks liegen und parallel seyn der Linie, die den Winkel u Y r halbirt. Und dainit i s t dann offenbar dem bekannten Gesetzc der Lichlreflexion (;cniige geleistet.
Es koinint also nur darauf an: 1) dafs inan den Triiger uu, ohne die senkrcclite Lnge des S1)iegels gegeii die
Ebene des Dreiecks zii stfiren, in jcde beliebige Rjchtung
bringen ond in derselben hefesti~cukiinne, r i n d 2) d a b
man die Linie r Y fiir jede l’olli6lie, jctle Jabrcs- rlnd
Tageszcit fortwiibrend in Parnilelismiis init den auf den
Spiegel fallenden Sonneiislrnlilen zn erhnlkn vermiige,
und zwar so, dafs der Sonnc zngekehrt sey *).
*) W e n n dicfs nicht d e r F a l l wSre, sondern r
von der S o n n e abwHrts gektllrt wurtle, dann niiihte clcr Spicgcl U U senkrecllt
gegen den Stiel X X gcstellt w e r d e n , urn noel1 die StraIiIrn i n
Riclitung Y u reflectiren zu kiinnrn.
E i n e derartige Einrielilung besnrscn die HcLotrvpen i n cler
ersten Zcic nacli ilirer Evfindun: diirrli I J m . HoTr. G a u f s . A n
einem u m die horizontalc A x e A B drellbarcn Krcise, Fig. 5.
Taf. II., Lefand sic11 n h i l i c l i d a s U I I I C bewegliclie Feriirotrr
D H , welclies i n der drclibarcn IIiilse E d e n Stiel A G cines
Spiegels F aufnalrm, d e r gegen diesen Stiel nnd grgen d i e E b e n e
Vcrniiige der GI~:iclisclii*nklicl~kcir
des Kreises senkrecht war.
des Dreiecks A C E w a r imroer L B / I E = L $ I I C E , u n d folglich Iralbirte auch die Norinale d e s Spirgcls I,’ allernal rlcn W i n kel A C D . ’ W e n n man also clns FernrnIir. H D a n f die S o n n c
rietitetc u n d ilrr dninit fortw:iliriwd folgte, s o mufste auclr d e r
SpiegeI I.‘ unausgrsetzt das Liclit in Riclitnng C A reflertiren.
U m den Gegenstand, dcm das Sonnenlicllt zngesaodt werrlen
sollte, in diese Riclrtung zri bringen, w u r d c das lnstrnmrnt so
aufgrstellt, dafs man ilin i m i?Iiltclpmnkt des Fernrolirs liatte,
w r n n dieses. mit d e r Linie A B coincidirte.
Daiirit d e r Spiegel diese Beolacbtung nicht hindere, war e r an ainen Ring befestigt und durcli diesen vnn d e r E b e n e des Kreises gesclticden.
Da der Hrliotrop indefs durcli dlese’ Einrichtung unlijrmlig
grofs wird, so hat man sie in nenerer Z e i t verlassen u o d ditijenige
angennmmen, d i e man ausfiilirlicli im N. G e 11 1 e r’scbcn VVijrterl u c h bescllrieben t n d e t . Bei diesen ist dos F e r n r o h r , das fortwHhrend auf den LU leobaclitenden Gegenstand gerichtrt bleibt,
nur urn seine LHngenere drelibar, u n d triigt \*or dem Objective
den Spiegelapparat , bcstehend aus r w e i gegen einander recht-
F2
84
Der ersten Bedingung kann nun durch die Einrichtuna der bislier bescliriebenen Theile leicht Gelluge geschelien. Denn einerseits ist klar, dafs der Trliger 00,
veriniige der doppelten Drehung urn die beiden gegcn
einander senkrechten hxcn Y und %%, fur sich in jede
beliebige Stellung gebraclit werden, kann, und andererseits erlanben die -vier ubrigen Drehungen (nSinlicli (lie
der GabeI r u i n V O , des SpiegcIs U U u m u, end die der
Hulse R u m r und r’), nebst der Vcrschiebung des Stiels
X,;Y in der H u h R ,dafs diefs auch in Verbindung init
deli1 Spicgel uiid seinein Sliele, oline Vcrletzung seiner
Senkrcch~hcit gegen die Ebcne des Dreiecks u YOmirglich ist. Die Befestigung dcs Triigers 0 0 in der Lase,
die man iliin gegeben hat, gcschieht mittelst dcs an seiiiein Fufse befindlichen Stuckcs dd’, und der init der .Axe
3% verbuntIenen Scheibe TT;ersteres hcmmt, wenn
es an den Bogen
festgelilemmt wird, die Drehnng
uni die Are Y, Ietztere, wenn inan die Scliraube t anzieht, die Drehnng uin %%.
W a s das zweite Erforde&k betrifft, so setzt es
voraus, dnfs die Linie XI.
sich; parallel den Sonnenstrahlen, untcr gleichem Winkel wie diese inn cine mit der
Erdaxe parallele Axe drehcn lasse. Dazu dicnen nuu
die iibrigen Theiie des 1nstrnmei:ts.
Zucrst wird es SO gestellt, dafs der Kreis G G senkrecht stche; diefs geschieht, wGhrend sein Nullpunkt init
dem Nullpiinkt des Nonius II znsainmenfSllt , mittelst einer Libelle auf dein Kreise F , und mittelst der Stellschraubeii an dein (nicht gezeichneten) FuCsc der Saule C.
winklich befestigten Spiegeln , die sich gemeinschaf;licli urn eine
gegen die Mittellinic des Fcrnrolirs senkreclite Axe drehen. Vcrmiige der KecLtwinkliclddt dieser Spirgel gegen einander, wird
der eine das Sonnenhilcl den1 Gegenstande zuwerfen, wenn der
andere es riickwarts in dcrselben geradeo Linie zum Fernrohr
hineinsendet, und der Beobacliter hat also nur durch zweckmiifsiges Drelien des Apparata dafiir zu sorgen, dafs ihrn das reflcctirte Sonnenbild fortwshrend in der Mitte des Seldeldes eracheint.
P.
85
Dann bringt ,man den Kreis G G in die Ebene des Meridians, was geschehen ist, wenn dic zwei mit der Ebene
des Kreises paraIlelen Dioptern der Alliidade K K e i i i c n im
Mcridiaiie liegenden cntfernten Gcgenstand decken. EndIich lost inan die Druckschmuhe fl, und dreht den Kreis
G G so weit, bis die Axe %% dcr Krdaxe parallel liegt.
Nachdein man ihn in diescr Stellung wicderuin befestigt hat, giebt man der Lillie Yr die Neigung gegen
die Axe %%, welche fur den Tag der Beobaciitung. die
auf den Spiegel fallenden Sonnenstrahlen rnit der Erdare
bilden. Hiezu dient der Halbkreis P (der in der Figur
niir als ein Stab erscheint) nebst das daran befcstigte
Bogenstiick O 0. Der Ilnlblireis P ninscliliefst die Gabe1 f l oline niit ilir zusaiiiiiicti 211 hiingeu, iind rulit auf
zwei Zapfcn, die init dcr Axe Y d e s Triigers o o in eincr
Ebene liegen, und von zwci Stiitzen @ Q getragen wcrden, die auf dein Krcis P P nalie am l\ande steheii.
Veriniige dieser Eiiirichtung kanii sicli tier Halbltreis P
urn denselben Punkt wie dcr Triigcr o v drehcn, ohne
doch von dessen Stellung oder Bewcgung abtiiingig zu
seyn1 und wenn inan die init den Kreis Ef' verbundene
Druclischraube IY geliist hat, IiiCst sich ihin verinittclst
des graduirten Bogens 0 0 die verlangte Neigung gegen
die Erdaze geben.
Es ist daiin niir noch niithig, die Linie Y r den Sonnenstralilen parallel zu stellen, und zwar so, daCs r d e r
-Sontie zuaekehrt sey. D i c k geschieht durch eine Drehung des Krcises f'p, wit den1 dcr Halblircis P durch die
Stutzen 0 0 und das Stuck w verbuiiden ist. D e r Rreis
F P liegt deui Erd&quator parallel, uiid wird, inittelst
eiiier Ziihniing a n der untern Seite seines l\andes uiid
inittelst des Triebrades I, diircli die Ulir L L in 21 Stunden eininal urn seine Axe gedreht *). n e r Rand dieses
*) D i e Axe des Kreises F F i j t eine etwvns e o n i d l e Riilire, welche die Axe 22 umscl~licfst, jrdoelr dureli cine 5hntieI~r:befcrtigtc Riihrc von ,ihr gctrennt i s t
Dadurcli wird erraicht, dafs
86
Kreises ist in 24 Stunden und Zehntel derselbcn getheilt,
und diese Theilung so gesteIIt, dafs wenn diese Stunden
init den Stunden der,Ubr zusaminenfallen, die Ebene des
Bogcns 0 0 alleinal durch die Sonne gcht. Zur Mittagszeit liegt also die Ebene des Bogens 0 0 im Meridiane.
Es ist also Ieicht abzunehmen, wie man hiedurch
den Heliostaten fur eiiie bestiuimte Stunde eiristcllen
Iriinne, und ist diefs einmal gcschclien, so fulirt die Uhr
den Halbkreis P init den daran belestigten Stucken auf
eine solclie Weise heruin, dal's die Linie von Y inch r
fortwlilirend auf den Mittelpunkt der Soniic gericliW blcibt,
der Spiegel U U also die Soiinenstralileii unvcr~intlerlich
in der I\ichtung Yu rellectiren 'iiiuk. Uurch tliescn Mechanisinns wird also, i v d i r c i d die Linie r 1' eincn gewdell Kegei uin die Erdasc beschreibt, die Liuie u r a i d
der 0berfl:iche eiiies scliiefen Kegels lierunigcfubrt, desS ~ L IAre die feste uiivcr~inderlicheLinie u Y ist.
Ko~hwcndigc Erfortlernissc dcr (;Ute des liistruin~~ifs,
Rir die
der KunstIer zu sorgen hat, sind: erstlicti, dnfs tIer Mittelpink t des Spiegcls U U stets uiibeweglicli bloibc; zweitens, clal's sich tlcr Trliger v v und der Halbkreis P uin
eineri und deiiselben festen Punkt drehen, der zuglcich
d h geineinsclii~ftliclieL)urcliscliiiittspunht der drei Linien
%%, 14 Y,r Y ist, iind in dein Instruinente als Miltelpunkt der Erde aiigeseliii w i d ; driltens, daCs die Litiicii
Y u , Y r in dein Instruinenle wirklicli gleich laiig seyen,
und die Mittcllinie des Stieles XX genau in der Ebene
des Spicgels liege ; viertens endlich, dnl's die Mittellinie
der hllileii Axe des Kreises P F seiikreclit gegen die
Ebene dieses Iircises iind in desseii Mitle stehe.
Ein weseiitlicher Varzug des ( ; a m b e y'sclien Heliosich der Xreis F F und der TrSger Y O urn dieselbe Linie, die ,
BIittellinie der A x e 2 2 , drslrrn konnen, oline in ilirer Drehung voii einarrder alrhangig zu seyn.
s7
stat vor dem S’Gravesandc’schen besteht darin, d a b
man zu seiner Einstellung keiner zeitraribendennumerischen
.. .
.1
1
.
1
.
.
.... .
I
~
88
Uebrigens befolgt man bei der Orientirung dieses
Heliostaten niclit den hier in der Beschreibung eingeschlagenen Gang, sondern verfzhrt gerade umgekehrt ; man
sorgt erst dafiir, dafs die Axe Z% mit dcr Erdaxe, und
die Linie r Y mit Sonnenstrahlen parallel sey, und
gieht dnnn dem Trager ov die Lago, welclie der reflectirtc Strahl erhaltcn soll.
Es ist auch zu bemerken, dafs die Saule
welche
das ganze Instrument trsgt, auf cinem Dreifufse ruht, mittelst dessen Stellschrauben man dieselhe senkrecht stellen kaiiii : da dieser Theil aber niclits Eigenthiimliches
in der Construction darbictet, so ist ‘er auf der Fig. 4.
Tat 11. fortgelassen.
c,
telpunkt D dieses Kreises dreht, wird allernal im Stnnde seyn,
dern a n seinen E n d e befesligten Stiele des Spiegels die verlarigto
Riclitung xu geben, u n d giebt sic ihm, w e n n seine Bewegung
so geleitet w i d , dafs e r i n seincn Stellungen wie D n , Dn‘,
D n ” , D n ” ’ respective parallel bleibt den Linien A s , As’, AS”,
As”’, d e n Projcctionen d e r Sonnenstralilen niif dic Ebene dcs
Aeqiiatrms. D e n k t man s i c h , d d s R r , Ss, S‘”s”’ in Jer Ebrne
der F i g u r liegen, so wird m a n leicht einselien, wclchr: Lage clcr
D r e h p u n k t D des Ulirzeigcrs, fiir jedcn Tag irn Jalire und fiir
jcdc Jlichtung d c s rcflectirten Strelils, gegen den Mittulpunkt
des Sp:egels linben rniisse.
M a n wird iibrigens hieraus ersehen, Jars d e r G a m b c y
s c h e Heliostat, crbwolil er im erstcn Augenblick complicirter 31s
der von S’G r a v e s a n d e erscheinen mag, doch i n der That hinsiclitlicli d e r ihm euin G r u n d e liegcnden Theorie einfaclier ist,
wie auch bequemer liinsiclitlich des Gehrauclies, der bei d c m
letzten Instruniente durch die iedesrnalige Bestimmung d c r Lage
P.
des Punktes D gegen d c n P u n k t C liiichst listig wird.
c
’-
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