Cronografele au fost folosite pentru a determina intervalele de timp prin compararea semnelor începutului și sfârșitului intervalelor observate cu semnele intervalelor de timp cunoscute. Deci, de exemplu, dacă se obține o înregistrare AabcdA' a unui fenomen pe hârtie în mișcare, unde ruptura ab denotă începutul și cd sfârșitul fenomenului și înregistrarea BB', unde fiecare dintre rândurile formei οαβγι prezintă o înregistrare de, să zicem, o secundă, iar dacă poziția relativă a stiloului desenează AA' și BB', știm, de exemplu, dacă ambele stilouri au fost așezate astfel încât capetele lor să fie pe aceeași linie, perpendiculară pe direcția hârtiei. mișcare, atunci putem concluziona cu ușurință despre durata (ad) fenomenului.
Pentru a face acest lucru, desenăm perpendiculare ak și dl din a și d; este evident că durata dorită a fenomenului este mai mare de 2 secunde, dar mai mică de 4 și aproape de 3 secunde. Dacă lungimile reprezentând secunde în vecinătate cu k și l sunt apropiate una de alta, atunci vom determina mai precis intervalul de timp necesar; dacă lungimea medie a unei secunde aproximativ k este, de exemplu, 15 mm, iar distanța dintre punctele k și o este de 3 mm, atunci 3/15 sec, sau 0,2 sec, ar trebui adăugat la două secunde. În mod similar, constatăm că timpul corespunzător lungimii 2 l va fi de 0,75 sec. Durata necesară este = 2 + 0,2 + 0,75 = 2,95 sec. Pe baza acestui principiu, cronograful este cel mai perfect și, prin urmare, ar trebui să fie compus din următoarele părți:
Dacă piesa mobilă (1) cu ajutorul unui mecanism se mișcă cu o viteză destul de uniformă, atunci această viteză poate fi determinată cu ușurință observând mișcarea acestei piese într-o perioadă de timp cunoscută, determinată cu ajutorul unui ceas. Viteza rezultată este calea corespunzătoare unei secunde; după ce am măsurat distanța dintre reperele fenomenului observat cu această scală, obținem timpul necesar. Va fi deja un cronograf într-o formă simplificată. Unul dintre cunoscutele cronografe universale este cronograful Marey , format dintr-un mecanism cu arc de ceas A, echipat cu un regulator de viteza ( Foucault ) și un tambur B, a cărui axă poate fi reglată în trei poziții, în care tamburul poate se rotesc la trei viteze specifice.
În fiecare dintre aceste poziții, axa tamburului servește ca o continuare a axei corespunzătoare a mecanismului de ceas și se cuplează și se rotește cu ea, de exemplu, pe o axă - o dată pe minut, pe alta - de 6 ori, pe a treia 36 ori pe minut. Hârtia netedă este lipită pe tamburul B, care este acoperit cu un strat ușor de funingine, de exemplu, de la o lumânare. Scrierea pe funingine la cele mai delicate markere prezintă foarte puțină rezistență și poate fi ușor fixată cu o soluție alcoolică de șelac. Marcatorul este montat pe o tijă orizontală C, montată pe un stâlp fix. Cele mai des folosite sunt marcatoarele rapide: aer - Marey și electromagnetice - Marcel Despres . Markerul Marey este format dintr-un vas metalic a, al cărui perete frontal este acoperit cu o membrană subțire de cauciuc c; de această membrană se lipește un cerc ușor de aluminiu d.
Dacă aerul este suflat în a prin tubul b, atunci mișcarea discului d cu ajutorul unei pârghii este transmisă unei pene ușoare e, care va face un semn corespunzător pe suprafața de funingine a cilindrului. Șurubul f poate modifica lungimea brațului scurt al pârghiei și astfel poate modifica cantitatea de mișcare a capătului e; fanta din e face posibilă instalarea în același timp a pârghiei care leagă e cu d, perpendicular pe d și e. Prin conectarea perei de cauciuc la tubul b, putem face un semn pe cilindru prin apăsarea perei dintr-un o anumita distanta. Viteza de transfer a marcajului depinde de lungimea tubului de legătură și de diametrul său interior (precum și de elasticitatea tubului), dar este încă aproape de viteza sunetului în aer. Timpul de acțiune al markerului în sine, cu o masă extrem de mică de părți în mișcare și o presiune relativ puternică a perei, este foarte scurt și se măsoară în miimi de secundă. Întârzierea totală a markerului va fi în orice caz neglijabilă în comparație cu eroarea făcută de observatorul care dă semnalul, care nu este mai mică de 1/5 de secundă ; dacă semnalul este dat automat de un corp care se mișcă rapid, atunci uneori este necesar să se țină seama de întârzierea markerului și de metoda de apăsare a perei. Markerul electromagnetic Marcel Despres poate fi folosit în mai multe cazuri și cu mai multă comoditate.
Este alcătuit dintr- un electromagnet C și o armătură mobilă A trasă înapoi dintr-un arc elicoidal R. Șurubul B poate deplasa spre exterior conul care limitează deschiderea armăturii, iar o bucată de hârtie subțire împiedică lipirea acestuia aproape de miezul electromagnet. La un capăt al ancorei este prinsă o pană D dintr-o placă de corn foarte subțire. Masa armăturii ar trebui să fie cât mai mică posibil, iar forța de atracție și tensiune a arcului R ar trebui să fie relativ mare, astfel încât timpul de acțiune al dispozitivului sau decalajul acestuia să fie neglijabil. Dispozitivele Depres existente pot inregistra cu usurinta 1500 de deschideri si acelasi numar de inchideri pe secunda, timpul de inchidere sau deschidere individual poate fi crescut la 1/5000 sec. reglarea corespunzătoare a tensiunii arcului. Electromagnetul c este mic pentru a reduce întârzierea magnetizării și demagnetizării. Să ne întoarcem din nou la Figura 1, înfățișând cronometrul lui Marey. Dacă durata fenomenului observat este mai mică decât timpul unei revoluții a tamburului B, atunci evident că putem, punând unul sau altul marker și punând în mișcare mecanismul, să înregistrăm fenomenul. Dacă durata fenomenului este mai mare decât timpul maxim de rotație al tamburului, atunci este necesar să se informeze coloana C despre mișcarea de translație paralelă cu axa cilindrului B. Apoi markerul scrie o linie elicoidală pe suprafață. a cilindrului, făcându-i dinți atunci când primește un semnal. În acest scop, lângă tamburul B este instalat dispozitivul prezentat în figura următoare.
Acest dispozitiv are un șurub C', a cărui rotație, prin intermediul unei piulițe, conferă mișcare de translație unui cărucior B' care rulează pe roți pe șine, pe care se află un suport vertical D' pentru marcatoare. Șurubul C' este antrenat fie de mecanismul de ceas A', după cum se arată în figura din dreapta, fie de un cordon care utilizează scripete montat pe axa șurubului C și pe axele care ies în afară spre stânga din mecanismul de ceas A. numărul de rotații ale șurubului C’ este selectat astfel încât pasul helixului rezultat pe tamburul cronografului să fie suficient pentru a se asigura că înregistrările markerului sau ale celor două marcatoare care stau unul lângă altul nu se suprapun. Pe instrumentul din dreapta, modificarea numărului de rotații a șurubului C’ se realizează prin rotirea palelor morii de vânt ale mecanismului de ceasornic A’. Deoarece, datorită regulatorului Foucault, viteza de rotație a cilindrului cronografului Marey este menținută destul de constantă în timpul experimentelor (schimbarea vitezei este mai mică de 1%), atunci numai în unele cazuri este necesar să se marcheze mai mult timp și să se stabilească 2 markere. Dacă este necesară o estimare a timpului de până la 1/10 de secundă, atunci este suficient să marcați doar secundele, pentru care puteți folosi un ceas cu contacte electrice sau chiar o secundă pendul care întrerupe curentul. Pentru a estima intervale mici de timp sau pentru a determina timpul cu precizie, se folosește un diapazon care oferă un număr cunoscut de oscilații pe secundă (metoda lui Duhamel). Prin atașarea unei pane ușoare pe ramura diapazonului, se pot înregistra vibrațiile diapazonului direct pe un cilindru rotativ acoperit cu funingine: apoi obținem o linie ondulată cu amplitudini care descresc treptat. Helmholtz și Foucault au introdus diapazon, ale căror oscilații sunt menținute continuu prin intermediul unui electromagnet, asemănător ancorei unui clopot electric. În cronograful lui Marey și multe altele, curenții intermitenți, care țin diapazonul în vibrație, sunt trecuți și prin contorul Despres; cu numărul de vibrații ale diapazonului de până la 100 pe secundă. Markerul lui Deprez dă un record cu dinți foarte ascuțiți. O astfel de schemă este prezentată în Figura 1, este folosită acolo pentru a calibra uniformitatea de rotație a tamburului cronografului. În cronografele lui Richard și alții, un cărucior mobil cu un marcator sau două, și uneori trei, este montat împreună cu mecanismul de ceas și toba; în această formă, dispozitivul este mai convenabil de transportat. Cu toate acestea, este convenabil să înregistrați pe o suprafață cu funingine numai atunci când fenomenele sunt de foarte scurtă durată. Dacă, totuși, este necesar să se măsoare doar până la 1/10 sau 1/20 de sec., atunci este mult mai convenabil să folosești scrierea pe hârtie cu cerneală, mai ales când timpul de observare poate fi foarte lung. Unul dintre aceste cronometre este reprezentat în următoarele figuri (Peyer, Favarzhe): arată ca un telegraf Morse și înregistrează pe o bandă lungă de hârtie.
Mecanismul de ceas al acestui cronograf, echipat cu un regulator Hipp cu tijă vibratoare, ghidează banda de hârtie sub trei markere sifon, scriind cu cerneală specială care nu se usucă. Acești markeri sunt acționați fiecare separat de propriul electromagnet E și dau dinți atunci când curentul este închis și deschis prin electromagnetul corespunzător. În acest cronograf, gradul de reglare este mai mic decât la regulatorul Foucault, dar, pe de altă parte, având amplasate convenabil trei markere, putem conecta unul dintre ele la ceas pentru a înregistra secunde. Aici masa și frecarea părților markerilor sunt deja semnificative, în plus, cerneala nu ține întotdeauna pasul cu scrisul pe hârtie care se mișcă prea repede și, prin urmare, în cea mai mare parte se mulțumește cu viteze ale benzii de 10 sau 20 mm pe secundă. . Înainte de inventarea de către Marcel Despres a markerului său, semnele pe hârtie și pe suprafața de funingine a unui cilindru metalic erau făcute cu ajutorul unei scântei electrice. Descărcarea unui borcan Leyden face înțepături foarte distincte pe hârtie, iar cea mai slabă scânteie chiar și fără borcan dă un semn oarecum neclar pe funingine. Un astfel de marker este extrem de simplu și rapid, dar locul de apariție al mărcii este diferit de motive aleatorii, iar uneori aspectul mărcii este oarecum capricios, în plus, este necesară o izolare decentă dacă semnalul este dat de la distanță. Meritul acestei metode constă în posibilitatea de a da o viteză foarte mare tamburului prin intermediul unui mecanism nu deosebit de puternic, deoarece marcatorul de scânteie nu oferă rezistență la rotația tamburului. Următoarea figură prezintă unul dintre dispozitivele de acest gen, opera lui Siemens și Halske.
Este format dintr-un mecanism de ceas actionat de greutati, echipat cu un regulator de tip Foucault; reglarea poate fi oarecum modificată prin creșterea divergenței lamelor regulatorului, care se realizează prin rotirea capului E. Mecanismul ceasului oferă o rotire foarte rapidă a rolei A (până la 100 de rotații pe secundă) și la fiecare 100 de rotații al rolei A dă un semnal cu un apel B pentru a determina viteza de rotație a rolei în timpul de observare a cronometrului. În fața rolei, normal cu acesta, este instalat un știft D izolat de mecanism. După ce a făcut o descărcare între D și B, obținem un semn pe tamburul A. Distanța unghiulară dintre cele două semne poate fi măsurată folosind un microscopul C și un șurub micrometru care rotește tamburul. În dispozitivul descris, rola A nu are o cursă elicoidală, prin urmare dispozitivul este potrivit pentru fenomene a căror durată este mai mică decât timpul de jumătate de rotație al rolei. Dispozitive similare au fost folosite înainte pentru a determina vitezele inițiale ale armelor de foc, iar scânteia a fost obținută pe dispozitiv din descărcarea înfășurării secundare a spiralei Ruhmkorff atunci când curentul circuitului primar a fost deschis de proiectilul însuși. Este evident că pe un astfel de instrument se pot înregistra mai multe succesive, urmând foarte rapid unul după altul fenomene omogene, dacă pentru fiecare marcă luăm o spirală Ruhmkorff specială. Pe lângă cronografele descrise, există și cronografe care nu sunt atât de universale, dar adaptate pentru anumite sarcini specifice, astfel de dispozitive includ cronograful Boulanger, care este folosit peste tot pentru a determina vitezele inițiale ale obuzelor și gloanțelor puștilor. Cu ajutorul acestui cronograf se pot face cu ușurință o mulțime de observații în cel mai scurt timp posibil și, în plus, se pot raporta imediat rezultatele finale. Acest dispozitiv este dispus astfel: pe o coloană verticală sunt montați doi electromagneți E1 și E2 cu miez drept, îndreptați în jos.
La aceste miezuri, magnetizate de curenții care trec prin electromagneți, sunt suspendate două tije A și B, având vârfuri de fier în partea superioară, de asemenea ascuțite. Tija A - mai lungă - este destinată pentru urme, astfel încât tuburile de argint cu pereți subțiri de cupru roșu sunt puse strâns pe ea. Aceste tuburi sunt înlocuibile; fiecare tub poate servi pentru un număr mare de semne, deoarece poate fi rotit în jurul tijei. Deci, lăsați ambele tije să fie suspendate sub electromagneții lor, prin care curge curent din baterie. Să deschidem ambele lanțuri în același timp, apoi după puțin timp tijele A și B vor începe să cadă. Tija B atinge mai devreme obstacolul - nicovala C, care, rotindu-se în jurul axei sale de rotație, eliberează arcul strâns D.
Pe acest izvor, în dreapta, este montată o lamă de oțel, care va lovi tija A, zburând pe lângă ea, și va face o crestătură pe ea la o anumită înălțime h1, numărând această înălțime din locul unde lama a atins tija care avea încă necăzut. Timpul t1 = √(2h1/g), unde g este accelerația gravitației, va măsura timpul din momentul în care tija A a început să cadă până în momentul în care a fost lovită de lamă. Imaginați-vă că circuitul electromagnetului E1 a fost deschis mai devreme decât circuitul electromagnetului E2, atunci tija A va avea timp să cadă dedesubt înainte ca lama să lovească și se va obține un nou marcaj la înălțimea h2; t2 = √(2h2/g) - va exista un nou timp de la începutul căderii tijei A până la momentul impactului. Diferența t2 - t1 va măsura intervalul de timp dintre momentele de deschidere a curentului în electromagneții E1 și E2. Pentru corectitudinea măsurătorilor comparative este evident necesar ca timpii de demagnetizare ai electromagneților să fie întotdeauna constanți, iar pentru suficient de precise, absolute, este necesar ca timpii de demagnetizare sau de întârziere ai ambilor electromagneți să nu depindă de metoda de deschidere sau de aceasta. este necesar să se realizeze o metodă de deschidere destul de uniformă. Pentru constanța întârzierii inevitabile se trece un curent de aceeași putere, care se realizează prin folosirea unor elemente constante și reglarea rezistenței circuitului cu reostate de carbon F, F cu contacte glisante. Aceste reostate sunt introduse astfel încât tijele A și B, cu unele greutăți suplimentare, abia rămân pe loc.
Pentru ca întârzierea în ambele circuite să fie aceeași, celelalte lucruri fiind egale, ambii electromagneți E1 și E2 sunt realizati exact la fel, greutățile tijelor A și B sunt de asemenea egale. Deoarece ambele circuite trebuie deschise în prealabil în același timp, ceea ce face o cheie specială de deschidere G, unde deschiderea are loc în momentul în care cadrul mobil lovește un obstacol, când arcurile cu contacte sar prin inerție. Simultaneitatea deschiderii acestui dispozitiv este verificată prin comutarea circuitelor, adică întrerupătorul primului circuit este introdus în al doilea și invers. La aparatele Boulanger reale, marcajul la deschiderea circuitelor cu un întrerupător se obține atunci când dispozitivul este corect instalat, întotdeauna într-un singur loc, astfel încât h1 să fie constant și doar verificat de mai multe ori; cu o serie mare de măsurători, această înălțime poate fi întotdeauna asigurată, egală, de exemplu, cu 110 mm, prin ridicarea sau coborârea electromagnetului E2, care are o ridicare micrometrică. Apoi intervalul de timp dorit va fi determinat numai din citirea h2, prin urmare, în primul rând, a fost compilat un tabel de timpi care exprimă √ (h2 / 2g) - √ (0,110 / 2g) și, în al doilea rând, există o riglă cu o vernier pentru citirea directă a vitezei inițiale a proiectilului, dacă distanța dintre ținte este de 50 de metri. Aceste ținte constau în proiectile din fire verticale conectate în serie; proiectilul, zburător, trebuie să spargă cu siguranță unul dintre ele. Prima țintă este inclusă în circuitul electromagnetului E1, a doua în circuitul E2. Intervalul de timp măsurat pentru viteze moderne ale proiectilelor la o distanță între ținte de 50 m este ceva mai mic de 1/10 de secundă, în timp ce acuratețea citirilor cronografului în rezultatul final ajunge la 1/10%.
Cronometre precum Marey, Peyer și Favarzhe și Boulanger sunt foarte comune; sunt multe altele care servesc mai degrabă pentru definiții relative. Cu ajutorul fotografiei, este posibil să se obțină o acuratețe și mai mare în măsurarea intervalelor de timp și studierea mișcărilor rapide, dar aceste tehnici încă nu sunt utilizate pe scară largă în cronografie. O expunere foarte detaliată a metodelor uzuale de măsurare a timpului și de manipulare a cronografului se găsește în La methode graphique de Marey.