4.1 Vom Gartentor-Prinzip zum Horizontal-Seismographen

Unser Seismograph ist ein Horizontalpendel, das ähnlich wie eine schief eingehängte Gartentür schwingt; man spricht daher auch vom "Gartentor-Prinzip". Eine Gartentür soll nicht offen stehenbleiben, sondern von selber ins Schloss zurückfallen. Dies erreicht man, indem man die obere Türangel ein wenig weiter weg vom (lotrecht stehenden) Türpfosten anbringt als die untere. Die Zeit, nach der die Tür ins Schloss gefallen ist, hängt nun ganz einfach davon ab, welchen Winkel der Türpfosten mit der Geraden durch die beiden Angelpunkte der Tür bildet: ist dieser Kipp-Winkel klein, dann ist die Schwingungsdauer des Gartentors groß, vergrößert man den Kippwinkel, dann fällt das Tor schneller ins Schloss.

Bevor nun Einzelheiten unseres selbstgebauten Seismographen beschrieben werden, soll uns die folgende Skizze erklären, wieso in unserem Horizontalseismographen das Gartentor-Prinzip versteckt ist.

Abb.31: Die Metamorphose eines Gartentor-Pendels

Das erste Detail soll ein (der Deutlichkeit wegen übertrieben) schief eingehängtes Gartentor zeigen.

In einem zweiten Schritt werden Teile des Tors so "entfernt", dass nur ein Rahmen übrigbleibt, dessen untere Strebe horizontal ist. In der dritten Phase wird diese Rahmenseite etwas verlängert und wird so zur Pendelstange, auf deren freies Ende dann ein durchbohrter Stein als Pendel aufgesteckt wird. Der vom oberen Angelpunkt schräg nach rechts unten verlaufende Rahmenteil wird sodann durch eine Drahtschlaufe ersetzt, deren Enden jeweils seitlich am Pendelkörper in Höhe der Pendelstange befestigt sind. Im letzten Schritt kann nun noch die Induktionsspule angebracht und der Rahmenteil weggenommen werden, der die beiden Angelpunkte miteinander verbindet.

Bezeichnet man mit b die Länge der Pendelstange (Entfernung vom unteren Angelpunkt bis zum Mittelpunkt des Pendelkörpers), dann berechnet sich mit Erdbeschleunigung g und Kippwinkel α die Schwingungsdauer des Pendels so:

Die Größe L* = b / tan α ist die "realisierte Pendellänge" eines Fadenpendels mit derselben Schwingungsdauer T wie das Gartentor-Pendel: anschaulich findet man L*, indem man senkrecht zur (waagerecht montierten) Pendelstange im Pendelkörper-Mittelpunkt die Senkrechte errichtet und diese zum Schnitt mit der Geraden bringt, die durch die beiden Angelpunkte verläuft.

Bei einer Pendelstangenlänge von 1m und einem (bei unserem Pendel sehr einfach einzustellenden) Neigungswinkel von 0,5° findet man die realisierte Pendellänge L* ≈ 115 m.