由摆的振动周期计算公式可以看出,除了振幅的改变会造成周期的变化外,其他参数如J、λ和g的改变也将造成周期的变化。而影响这些参数改变的因素是很多的,其中主要有纬度、海拔高度、温度、气压等。
纬度与海拔高度对重力加速度均有较大影响。
由于地球自转,不同纬度将受到不同大小的离心力作用,使重力加速度在不同程度上减小。南、北极处于地球自转轴附近,重力加速度受影响最小;而在赤道附近,则受影响最大。因此,纬度越高,重力加速度越大,反之愈小。在纬度30°~60°范围内,纬度每升高1°,重力加速度大致增加0.086cm/s2。
在不同的海拔高度,由于地球引力不同,也使重力加速度有所改变。重力加速度随着海拔高度增加而减小。此外,同一海拔高度,因地势不同,重力加速度的变化也有区别,山区比平原变化小,因为山本身对它也有影响。大致上高度每升高1000m,重力加速度约减小0.2~0.25cm/s2。
不同地点实际所测量出的加速度,将同时反映出以上两个因素的综合影响。
表3-3为我国若干城市所在纬度、海拔高度和重力加速度g的数据。
表3-3 我国若干城市所在纬度、海拔高度和重力加速度
摆钟在固定地区工作,重力加速度g是一个常数,它不会影响走时,但当钟移到纬度或海拔高度变化的地区工作时,走时就会发生变化。这时,可以根据g的变化量Δg来调整钟的快慢。Δg与日差变化值ΔW的关系可用下式计算:
例如,北京的g值为980.122cm/s2,而昆明的g值为978.367cm/s2,如果一个在北京调整好了的摆钟拿到昆明去使用,那么,由于g的变化所产生的走时变化应为:
即将每日走慢77s。
温度的变化主要引起摆的各部分的尺寸变化,即引用长度的变化,因而改变了振动周期。一般材料的线胀系数是正值,故温度越高,钟表走得越慢。
可以用两种方法来降低或消除温度变化对振动周期的影响:
1)把钟表安置在温度不变或变化很小的环境中;
2)采用温度补偿装置。
气压改变对摆的振动周期产生影响的原因之一是空气阻力的改变;原因之二是由于空气密度改变,造成了摆的重量改变,因而使周期值改变。气压升高,周期增大;反之则周期减小。但此影响总的来说不是太大,一般情况下,气压变化1mmHg柱所造成的日差变化为0.01~0.02s。故对于一般摆钟,为了减小气压的影响,应采用相对密度大的材料作摆锤,并合理设计摆的外形和选择合理的钟壳形状和尺寸,使运动空间不至于太小,从而减少空气阻力。
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