Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

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oscar
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Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

Non sono un esperto di pendole ma mi piacerebbe collaborare con chi fosse interessato alla costruzione di un orologio a pendolo di alta precisione. Potrei contribuire all'analisi dei meccanismi, alle misure e all'analisi dei risultati.
Sarei anche interessato alla collaborazione con chi volesse costruire un orologio basato sul principio della risonanza parametrica, la tecnica grazie alla quale ci si puo' spingere su un altalena anche standosene sopra, il seguente link ne illustra il funzionamento nel caso di un pendolo:
https://www.youtube.com/watch?v=hKWCq23 ... dex=9&t=0s
Sono interessato a collaborazioni in italia e all'estero, se qualcuno fosse al corrente di iniziative del genere, nel caso della risonanza parametrica anche passate, lo pregherei di mettermene al corrente, grazie Oscar

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carlo
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da carlo »

oscar ha scritto:
mer 10 apr 2019, 11:49
Non sono un esperto di pendole ma mi piacerebbe collaborare con chi fosse interessato alla costruzione di un orologio a pendolo di alta precisione. Potrei contribuire all'analisi dei meccanismi, alle misure e all'analisi dei risultati.
Niente di polemico ma in cosa consisterebbe : l'analisi dei meccanismi, le misure e l'analisi dei risultati
Sarei anche interessato alla collaborazione con chi volesse costruire un orologio basato sul principio della risonanza parametrica, la tecnica grazie alla quale ci si puo' spingere su un altalena anche standosene sopra, il seguente link ne illustra il funzionamento nel caso di un pendolo:
https://www.youtube.com/watch?v=hKWCq23 ... dex=9&t=0s
Sono interessato a collaborazioni in italia e all'estero, se qualcuno fosse al corrente di iniziative del genere, nel caso della risonanza parametrica anche passate, lo pregherei di mettermene al corrente, grazie Oscar
Forse non è esattamente la stessa cosa di cui stai parlando, ma hai visto l'orologio costruito da Riefler? Ci vedi qualche attinenza?

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oscar
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

cosa sono l'analisi dei meccanismi, le misure e l'analisi dei risultati ? praticamente tutto quel che non e' muovere le mani: discutere il progetto, il design dell'esperimento che comprende l'orologio ma anche il sistema di misura, l'acquisizione dati, l'analisi dei dati in quella divertente dialettica che contraddistingue gli esperimenti complessi. Potrei fare anche delle parti meccaniche ma la qualita' del mio lavoro e' modesta.
Ho visto il regolatore di Riefler ma non ho notato nessun nesso con l'amplificazione parametrica dell'altalena e degli amplificatori elettronici a cui mi riferivo. Mi e' sfuggito qualcosa? Per essere piu' preciso di quanto avessi intenzione di fare con risonanza parametrica penso a quegli oscillatori retti dall' eq di Mathieu o simili.
Considerando l'ossessione con lo scappamento perfetto che ha accompagnato la storia dei regolatori mi stupirebbe se nessuno avesse mai realizzato in un orologio il pendolo "perfetto", cioe' senza regolatore. Sicuramente c'e' da qualche parte ma dove? Philip Woodward saprebbe perche' non e' una soluzione adottata comunemente ma ci ha lasciati circa un anno fa.

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carlo
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da carlo »

Accertata quindi la natura preminentemente epistemologica di una conversazione che si preannuncia, almeno per me , interessantissima ( nei limiti della mia preparazione culturale ""=="" ) , chiedo in cosa consista l'analisi di misura di un orologio.

Non è la petulanza che mi spinge a porre certe domande, ma vorrei cercare di capire con chi mi sto confrontando ""==""

Di un pendolo che non abbia bisogno di "un regolatore" (immagino uno "scappamento ") riesco , ma credo che la cosa valga anche per Philip, solamente ad immaginarne uno che si muova nel vuoto assoluto...e quindi uno la cui oscillazione non debba essere sostenuta.
E quindi irrealizzabile per noi poveri mortali. ... :lol:

Peraltro, se hai già in mente qualche idea di un orologio-regolatore ragionevolmente innovativo ma la cui costruzione sia alla portata di hobbisti, penso che faresti cosa gradita a molti se la esponessi: su di essa potrebbe nascere una interessante discussione.

Sintetizzando, ma veramente tantissimo, e quindi lo ribadisco, sintetizzando , nel Riefler l'impulso è consegnato ad un "sostegno " che a sua volta lo consegna al pendolo sospingelo dalla parte opposta rispetto alla quale era stato mosso il "sostegno "stesso. Difficile da spiegare ma forse su internet si trova qualche rappresentazione animata .

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oscar
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

I miei due argomenti originali si sono fusi, cerco di separarli di nuovo:
a) sono interessato a partecipare alla costruzione ( o anche solo a discuterne) di un regolatore in generale, nel senso di un pendolo d'alta precisione. Non avendo esperienza di costruzione d'orologi mi piacerebbe associarmi facendo quel che posso. Prima di ritirarmi ho partecipato ad alcuni esperimenti scientifici nel campo della fisica sviluppando competenze, e un metodo, che potrebbero essere utili. L'obiettivo di quest'esercizio, se potessi scegliere, sarebbe quello di costruire un orologio per sperimentare scappamenti diversi, non tanto per ottenere prestazioni record ma per classificarli e esplorare potenziali sviluppi. La logica della zoologia degli scappamenti mi sfugge, mi piacerebbe mettere un po' d'ordine nella mia testa e mi sembra di intuire che serva un pendolo con un Q molto alto e una buona diagnostica. A proposito dell'utilita' dell'analisi dei dati mi sembra interessante l'uso che fa l'autore di questo post https://mb.nawcc.org/threads/1-second-r ... 501/page-2 del timer Microset)

b) risonanza parametrica: e' un meccanismo di amplificazione di un oscillazione qualitativamente diverso da quello piu' comune della forzatura dell' oscillazione.
Un' altalena viene mantenuta in moto dando delle spinte al sedile con direzione e fase opportune, e' un esempio di oscillatore forzato. I bambini, nella loro infinita creativita', hanno inventato un sistema per spingersi anche quando il loro genitore e' esausto e le loro mani non riescono a raggiungere il traliccio di sostegno. Si spingono cambiando la lunghezza del pendolo, spostando alternativamente il loro corpo lungo i cavi, ovvero modulando la frequenza di risonanza. Otterrebbero lo stesso risultato modulando la gravita', ma quello grazie a dio non hanno ancora trovato il modo di farlo.
Si capisce che c'e' una differenza qualitativa con le spinte sincrone perche' la frequenza dell'oscillazione del corpo e' doppia di quella dell'oscillazione dell'altalena e lo spostamento e' ortogonale a quello del moto del pendolo. L'equazione che descrive questo caso e' molto diversa da quella dell'oscillatore forzato. Un'altra differenza qualitativa e' che l'amplificazione parametrica non permette una partenza da fermi, amplifica solo un'oscillazione gia' presente.
Di un pendolo che non abbia bisogno di "un regolatore" (immagino uno "scappamento ") riesco , ma credo che la cosa valga anche per Philip, solamente ad immaginarne uno che si muova nel vuoto assoluto...e quindi uno la cui oscillazione non debba essere sostenuta.
E
Hai ragione, nel mio messaggio precedente ho usato la parola regolatore in vece di scappamento, e ho citato Woodward perche' la lettura del suo my own right time (che mi avevi consigliato in un precedente post) e' quella che ha acceso la mia curiosita' per gli orologi a pendolo.
Non so cosa tu intenda per vuoto assoluto ma un pendolo sospeso in un punto fisso "nel vuoto" puo' accelerare le sue oscillazioni sincrone modulando la sua lunghezza con una fonte d'energia a bordo (una molla o una batteria, stivate nella massa del pendolo per es) . Ci sono rare applicazioni di questo principio in tecnologia ma in elettronica e' una tecnica usata per minimizzare il rumore in amplificazione con pompe a frequenza doppia (laser/maser).
Nel caso dell'orologio una "pompa" si potrebbe usare per mantenere la costanza del periodo che, nei pendoli tradizionali, in ultima istanza dipende dalla rumorosita' (irriproducibilita') degli impulsi dello scappamento.
Non capisco ancora se in un sistema tutto meccanico si debba contare su un generatore a frequenza doppia piu' preciso del pendolo stesso (che vanificherebbe tutto l'esercizio) o basti sincronizzare un oscillatore a frequenza doppia con il pendolo stesso.
Sono andato a rivedere lo scappamento di Riefler, non mi sembra imparentato con l'amplificatore parametrico.
Come alternativa alla modulazione della lunghezza del pendolo mi sembra che si potrebbe spostare il punto di cerniera verso l'alto e verso il basso, sempre a frequenza doppia, con un attuatore piezoelettrico per esempio. In questo caso l'accelerazione verticale puo' esser vista come una modulazione di gravita' e l'equazione e il principio rimangono gli stessi della modulazione della lunghezza del braccio, formalmente e' sempre una modulazione della frequenza di oscillazione del pendolo. L'animazione citata nel mio post precedente si riferisce a questo caso.
Chi volesse proseguire offline mi puo trovare su skype o scrivere una mail.

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carlo
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da carlo »

Ti confesso che non ho capito molto dell'ultima parte del tuo messaggio per cui spero che, per tua soddisfazione e come peraltro hai sollecitato, qualcuno si metta direttamente in contattato con te.

Se arriverete a qualche conclusione interessante, sono certo che vorrete condividerla nel forum.

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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

Sono molto interessato a proseguire la conversazione e capisco che ci possano essere molti aspetti dell'idea del pendolo a risonanza parametrica poco chiari. Vi prego di fare qualsiasi tipo di domande cerchero' di rispondere, aiuterete me a capirne di piu'. Forse c'e' effettivamente qualcosa di originale e val la pena insistere verificando la realizzabilita' di una dimostrazione pratica. La prima cosa da fare potrebbe essere analizzare l'energetica di tale pendolo e capire se si puo' realizzare per esempio la versione piu' semplice e intuitiva, quella dove la forza periodica si applica alla cerniera nella direzione dell'asta con un cristallo piezoelettrico. Mi servono un paio di input: e' realistico pensare di realizzare un pendolo con un Q di 10,000? C'e' qualcuno con esperienza di piezoelettricita'?

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carlo
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da carlo »

Un pendolo che correda un regolatore di precisione ha un Q , in genere, con i valori che persegui. Peraltro c'e da immaginare che abbia una massa alquanto consistente per cui, se l'impulso non è quello convenzionale , bisognerà tenerne conto.

Per il resto mi cogli completamente impreparato. ""==""

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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da DMO »

Sto seguendo la discussione e vorrei chiederti se l'intento è quello di raggiungere una traiettoria cicloidale modificando il punto di attacco del pendolo... Su come tu lo voglia fare poi vedremo, anche se non mi è chiara la funzione piezoelettrica....
Inoltre non ho capito la relazione fra risonanza parametrica il concetto legato alla variazione del punto di attacco del pendolo!
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oscar
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

L'intento e' naturalmente quello di mantenere le oscillazioni del pendolo con ampiezza costante, mi sembra di aver capito che in un buon pendolo da regolatore sia possibile ottenere un Q di 10,000 in aria e quindi si debba restituirgli circa un decimillesimo della sua energia d'oscillazione per ciclo, ragionando per ordini di grandezza. La modulazione della frequenza caratteristica dell'oscillatore, il modo tradizionale di vedere la risonanza parametrica (eq di Mathieu), mi sembra si potrebbe tradurre nel caso del pendolo in una modulazione della posizione del "punto d'attacco" nella direzione della forza di gravita'. Una simile oscillazione sarebbe a frequenza doppia del pendolo, e questo e' intuitivo perche' avrebbe lo stesso effetto sull'energia del pendolo sia quando il pendolo oscilla verso sinistra che quando oscilla verso destra. Per i nostri scopi l'ordine di grandezza dell'ampiezza verticale del moto dovrebbe essere quello della perdita di energia potenziale durante un ciclo, quindi un decimillesimo della variazione in altezza del pendolo durante l'oscillazione, micron quindi. Per spostamenti cosi' piccoli ma con un sistema molto rigido e riproducibile pensavo che un cristallo piezoelettrico fosse ideale. In questo caso l'orologio sarebbe del tipo meccanico-elettrico. La traiettoria non mi sembra cicloidale ma quella di un arco quasi perfetto con due micro-gobbe.
Provo a dare un immagine intuitiva del moto con spostamenti repentini, da onda quadra: se il peso del pendolo fosse sollevato istantaneamente mentre e' alla sua massima velocita' con l'asta verticale e rilasciato della stessa quantita' ai due estremi dell'oscillazione dove finirebbe l'incremento di energia potenziale acquisita quando era in moto orizzontale? Per la conservazione dell'energia in energia cinetica nel semiciclo successivo.
Non son sicuro d'aver dato un descrizione corretta, ci ho provato perche' mi avete costretto.
Inoltre non ho capito la relazione fra risonanza parametrica il concetto legato alla variazione del punto di attacco del pendolo!
Come ho detto sopra la risonanza parametrica teorica si riferisce ad una modulazione del parametro "frequnza" di un oscillatore, come farlo in pratica credo abbia infinite soluzioni forse appartenenti solo ad una manciata di famiglie: modulare la lunghezza dell'asta, modulare la massa, modulare la gravita', altre? variare il punto d'attacco mi sembra equivalente a variare la lunghezza dell'asta, cosa ne dici?
Vorrei anche chiedervi se conoscete altri blog analoghi a pendoleria, anche stranieri, presso i quali potrei informarmi se ci sono precedenti nell'applicare i principi della risonanza parametrica in orologeria. Ho trovato Watch & Clock ma vogliono 90$.

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DMO
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da DMO »

Per compensare le perdite energetiche dovute agli attriti, come nel caso dell'altalena, si deve applicare una forza alla massa del pendolo e non al suo attacco, inoltre questa forza deve avere un angolo di applicazione ben preciso.
Inoltre il problema sarebbe riuscire a creare un oscillatore che sia in grado di risuonare alla giusta frequenza e capace inoltre di modulari in funzione di eventuali perturbazioni legate al treno di ingranaggi.

Il caso dell'altalena funziona in quanto la modulazione della forza è casuale ed è sufficiente che arrivi alla risonanza tale da portare un incremento dell'oscillazione che come è intuibile non è controllabile.

Inoltre accorciare anche di poco la lunghezza del pendolo significherebbe introdurre un errore di marcia.
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oscar
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

Rispondo a DMO. L'altalena o un pendolo sono a questo livello di discussione la stessa cosa, mi sembra che tu abbia descritto l'altalena/orologio a pendolo tradizionali, nel loro modo di "oscillazione forzata", come in un orologio con scappamento convenzionale.
L'altalena e' rilevante perche' e' abbastanza comune vedere la risonanza parametrica in azione quando in un parco giochi i bambini si spingono da soli, sono andato a cercare dei riferimenti sulla web e ho trovato qualche articolo scientifico al riguardo, quello che mi e' piaciuto di piu' e': Time-optimal control of a swing, https://people.ece.cornell.edu/land/cou ... /swing.pdf la cui figura 1, che allego, descrive il caso che ci interessa
Screen Shot 2019-04-14 at 11.11.11.jpg
Screen Shot 2019-04-14 at 11.11.11.jpg (16.12 KiB) Visto 1276 volte
La parte formale dell'articolo mi sembra inutilmente complicata per il nostro caso del pendolo da regolatore le cui oscillazioni sono piccole e quindi vicino al caso formalmente piu' semplice del cosiddetto "oscillatore armonico".
Per chiarirmi le idee ieri sera ho fatto un modello EXCEL che simula gli ingredienti fondamentali del caso dell'orologio: la risonanza, una piccola dissipazione, l'amplificazione parametrica. Mi sembra che tutto funzioni qualitativamente come mi aspettavo. Se qualcuno fosse interessato al semplice spreadsheet EXCEL basta che me lo chieda.
La figura qui di seguito, ottenuta con questo modello, mostra l'oscillazione del pendolo al variare dell'ampiezza Q della pompa parametrica: un oscillatore armonico smorzato, (Q=0, senza pompa), puo' mantenere l'ampiezza per un valore della modulazione appropriata (Q=.1), e aumenta la sua ampiezza per valori della modulazione maggiori (Q=.2).
Param Oscill.jpg
Param Oscill.jpg (18.06 KiB) Visto 1276 volte
Il modello excel consiste nell'integrazione digitale della legge di Newton, f = m a, dove f e' la forza totale, m la massa e a il ritmo di variazione della velocita'. La massa, vincolata a un'asta come in un pendolo, fa piccole oscillazioni, c'e' un termine proporzionale alla velocita', che simula l'attrito, e una piccola modulazione a frequenza doppia del coefficiente della frequenza di risonanza, SQRT(g/l), che simula indifferentemente uno qualsiasi dei parametri dell'oscillatore: la lunghezza dell'asta o l'accelerazione di gravita'.
Nel caso dell'altalena, come in tutti i casi di oscillatore parametrico, non solo la frequenza della forzatura dev'essere due volte quella del pendolo ma anche la fase dev'essere quella giusta, si vede bene nel modellino excel. Variando la fase di 90º nel caso stazionario, Q=.1, l'ampiezza delle oscillazioni diminuisce due volte piu' in fretta di quanto non lo faccia senza pompa.
Far oscillare la lunghezza del pendolo non comporta un errore di marcia perche' e' un oscillazione a media nulla.

Non riesco a capire cosa sbaglio con le figure, non mi sembra compaiano al posto giusto nel testo.
 ! Messaggio da: carlo
non usare i tag di immagine [img] ma solo il pulsante "inserisci in linea".Carlo

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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da DMO »

Nel disegno del bambino sull'altalena, non varia l'attacco del pendolo/altalena ma varia il baricentro di massa del bambino stesso.
In pratica è come se accorciassimo l'asta del pendolo facendo oscillare il peso lungo la sua verticale.
In questo modo a mio avviso si ha una variazione di marcia che potrebbe anche essere favorevole se lo spostamento seguisse una traiettoria cicloidale.
L'apporto energetico è dato dalla variazione del punto di applicazione del baricentro di massa che durante il suo spostamento verso il basso nei due punti morti trasforma la sua energia potenziale allungando di fatto l'asta dell'altalena e quindi aumentando il valore del momento.
Quindi se il mio ragionamento è corretto, per ottenere il medesimo risultato su un pendolo reale si dovrebbe far variare la posizione della lente allo stesso modo di come varia la posizione del corpo del bambino.
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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da carlo »

DMO ha scritto:
dom 14 apr 2019, 15:39
>>><<<
Quindi se il mio ragionamento è corretto, per ottenere il medesimo risultato su un pendolo reale si dovrebbe far variare la posizione della lente allo stesso modo di come varia la posizione del corpo del bambino.
......e se anch'io ho capito bene, variare continuamente la lunghezza attiva del pendolo ad ogni oscillazione...con un sistema tipo Brocot con la forcellina che scorre (...è tutto da stabilire come :(): ) su e giù lungo la lamina .... ""==""

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Re: Regolatore molto preciso e risonanza parametrica

Messaggio da oscar »

Magnifico, allora si puo' fare. Interessante la proposta di Carlo per farne uno completamente meccanico.
La mia idea originaria era quella di fare un pendolo campione da usare per test di scappamenti, per verificane le caratteristiche.
Il pendolo doveva essere ben caratterizzato, ad alto Q e meccanicamente molto accessibile, senza nessun ingombro nella zona dello scappamento meccanico tradizionale.
La parte dell'orologio, cioe' quella di contare i battiti, sarebbe stata fatta da un microcomputer, probabilmente collegato ad un interferometro che avrebbe monitorato la posizione del peso lontano dalla zona dello scappamento.
La storia della risonanza parametrica s'e' inserita dopo, e puo' esser vista come un possibile tipo di "scappamento" da valutare.
E' particolarmente adatta perche' non porta via spazio nella zona dello scappamento meccanico e servirebbe allo stesso tempo per stabilizzare la lunghezza del pendolo in tempo reale, comandandola con un altro interferometro che misura la lunghezza dell'asta.
Mi rendo conto che non sia un progetto completamente meccanico ma l'obbiettivo principale sarebbe quello di investigare soluzioni meccaniche.

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