In der Geſchichte eines jeden Volkes hat es goldene Zeitalter gegeben, wo ſich der menſchliche Geiſt von dem rohen kriegeriſchen Handwerk, welches meiſt die Triebfeder des ganzen Staatenlebens aus - machte, abwandte und ſein ganzes Denken und Können faſt nur den Künſten und Wiſſenſchaften zulenkte. Dann feierten dieſe ihre höchſten Triumphe, es ſchien, als habe es nur eines leiſen Anſtoßes bedurft, um die gährenden Kräfte zu entfalten, und dem edelſten Wettſtreit verdanken wir die unerreichten Kunſtwerke der Griechen, die wunderbaren Bauten der Römer, die mannigfachen impoſanten Reſte einer früheren Zeit.
Und doch iſt aus den Reſultaten glanzvoller Epochen für die Induſtrie wenig Erſprießliches zu melden. Es fehlten zu allen Zeiten die Chroniſten, die nicht nur der Thaten eines Alexander und Cäſar gedachten, ſondern auch den Mann würdigten, der grübelnd und ſinnend der Natur ihre Geheimniſſe und Kräfte ablauſchte, um ſie in den Dienſt der Menſchheit zu ſtellen, oder der mit bedeutender Geiſtes - kraft Erfindungen machte, die der moderne Menſch ſo ſelbſtverſtändlich und nichtachtend anſieht.
Wichtige, einſchneidende Erfindungen ſind ſchon früher und zu allen Zeiten gemacht worden.
Welcher hochbedeutſame Schritt war es beiſpielsweiſe, als man zum erſtenmale den Wind zum Treiben der Schiffe ausnutzte, als man dem Schlitten ein drehendes Rad unterſetzte und ihn zum Wagen machte.
Niemand kennt heute den Erfinder des Segels oder des Wagens, niemand brachte das Genie, welches dieſe wunderbaren Entdeckungen machte, auf die Nachwelt.
Es hat eine unendliche Zeit gedauert, bis die Geſchichtsforſcher anfingen, der Induſtrie einen Platz in ihren Werken einzuräumen, vor allem erſt ſeit jener Zeit, wo die Verwertung der Dampfkräfte die koloſſalſten Umwälzungen auf allen Gebieten hervorbrachte.
Seit dieſer Zeit entwickelte ſich in allen Zweigen ein raſtloſer Eifer, neue Induſtrieen entſtanden, Phyſik und Chemie, die Bahnbrecher der Induſtrie überhaſteten ſich faſt in epochemachenden Entdeckungen.
Auch der unbedeutendſte Erwerbszweig iſt heute auf die Benutzung von Erfindungen angewieſen, das ganze Getriebe iſt von Grund aus umgeſtaltet worden.
IVDer glänzende Aufſchwung, namentlich der letzten zwanzig Jahre, der alle Induſtriezweige zu einer unvergleichlichen Höhe brachte, läßt noch auf eine überraſchende, überreiche Zukunft ſchließen.
Wo jetzt der größte Teil der menſchlichen Handarbeit infolge des erfinderiſchen Geiſtes des Menſchen in maſchinellen Betrieb umgeſetzt iſt, iſt es ſelbſt für den Fachmann ſchwer, ſich in der Fülle der Re - ſultate zurecht zu finden.
Tag für Tag erſinnt der grübelnde Menſchengeiſt neues oder formt altes zu praktiſcherer Verwendung und höherer Brauchbarkeit um.
Jeder, auch der unbedeutendſte Gegenſtand hat ſeine Geſchichte und ehe er zu der Vollendung gebracht wurde, in der er jetzt vor uns erſcheint, hat das Denken unzähliger Köpfe, die Kenntnis und Exiſtenz zahlloſer früherer Erfindungen dazu gehört.
Mit wie anderen Augen ſieht man ein Produkt an, deſſen Werden und Entſtehen man kennt, von dem man weiß, wie viel tauſend fleißige Hände, wie viel komplizierte Maſchinen an ihm gearbeitet haben.
Aber nicht bloß dies — das Jahrhundert ſtellt an die Bildung des Menſchen ganz andere Anſprüche als die Vorzeit, es genügt nicht mehr oberflächliche Kenntniſſe zu beſitzen — das Wiſſen iſt an die erſte Stelle getreten, das Wiſſen vor allem wird geſchätzt, das Wiſſen macht den Menſchen.
So lag das allgewaltige, faſt unabſehbare Gebiet der Induſtrieen und Erfindungen vor, und es galt nur, Plan und Methode in das reiche Feld zu bringen, um aus beſchaulicher Höhe ein Bild gewinnen zu laſſen, auf welcher Stufe ſich heute der induſtrielle Betrieb befindet, wie die zahlloſen Luxus - und Beiriebsgegenſtände entſtehen, wie die Entwickelungsgeſchichte der Erfindungen iſt, welche Vorbedingungen zu allen Fortſchritten erforderlich waren.
Bei der Fülle des Materials war dieſe Aufgabe keine leichte, zumal unſer Werk ſich nicht an den Fachmann, ſondern an die große Maſſe des Volkes — des denkenden Volkes — wendet.
Wir hoffen, unſer Programm zufriedenſtellend gelöſt zu haben; bildend und belehrend in ſeiner Form, feſſelnd im Inhalt, den Bedürf - niſſen jedes Gebildeten ſowie der reiferen Jugend, die nicht früh genug mit der Kunde der Erfindungen vertraut gemacht werden kann, angepaßt, wird dies Werk für jeden unentbehrlich ſein, der der ihn umgebenden Welt und dem gewaltigen Ringen der Induſtrie ſein Intereſſe ent - gegenbringt.
Die Verlagsanſtalt.
Meſſungen und Maße ſind uralt, faſt ſo alt wie das Menſchen - geſchlecht ſelbſt; in jenen Tagen des grauen Altertums, als der Menſchen noch wenige waren, ſo wenige, daß die allgütige Mutter Natur alle Bedürfniſſe des Lebens in überreichem Maße befriedigte, als der Nomade auf ſeinen Wanderzügen überall wo auch immer er ſeine Zelte aufſchlagen mochte, für Menſch und Vieh den Tiſch gedeckt fand, als der Begriff des Mein und Dein noch nicht vorhanden war, da machte ſich auch ein Bedürfnis nach Maßvergleichungen noch nicht geltend. Bald aber begann die Bevölkerung ſich zu vermehren und auszubreiten, ſie ſah ſich gezwungen, in harter Arbeit dem Boden ſeine Früchte ab - zuringen, Handel und Wandel blühten empor, und wie mit wachſender Kultur das Eigentum an Wert gewann, erhielten auch die Hilfsmittel, letzteren zu beſtimmen, eine erhöhte Bedeutung, das Verlangen nach Maßen und Gewichten machte ſich geltend. Wo die Wiege derſelben geſtanden, welchem Volke ihre Einführung zu verdanken ſei, das wird ſich wohl niemals mit Sicherheit feſtſtellen laſſen, doch ſcheinen die alten Babylonier um die ſyſtematiſche Ausarbeitung der Maße ſich ein beſonderes Verdienſt erworben zu haben. In fortwährendem Verkehr mit der Natur ſtehend, entnahmen die Urvölker auch ihre Maße der Natur — was war wohl auch einfacher, als die Länge eines Acker - ſtückes nach der Anzahl der Schritte zu bemeſſen, die nötig waren, um daſſelbe abzugehen? Viele der Bezeichnungen, wie Arm, Elle, Fuß, Hand, Daumen, Schritt, Spanne, Klafter deuten auf dieſen Urſprung hin. Hatte die Menſchheit der Vorzeit gleichſam inſtinktiv zu Natur - maßen gegriffen, ſo wurden die Gelehrten ſpäterer Jahrhunderte durch wiſſenſchaftliche Gründe zu dem gleichen Vorgehen geführt. Ein Naturmaß hat den Vorzug, daß es ſich jederzeit leicht und ſicher wiederDas Buch der Erfindungen. 12Die Erfindung der Maße und Gewichte.herſtellen läßt, wenn auch ſeine ſämtlichen Verkörperungen an einem Tage durch eine Kataſtrophe vernichtet werden ſollten. Mit den alten Naturmaßen freilich ſah es böſe aus. Was z. B. hat man ſich unter einem Fuß zu denken? Der Menſchen Füße ſind gar verſchieden, und wie verſchieden die Größe derſelben aufgefaßt wurde, erſieht man daraus, daß faſt jeder Staat ſein beſonderes Fußmaß hatte, ja mancher Staat auch deren zwei und mehr. Das ging auch, ſo lange die Verkehrsmittel ſo beſchwerliche waren, daß ein Handel nur von Ort zu Ort ſich er - möglichen ließ; als aber Fahrzeuge aller Art Länder und Ozeane durchquerten, da wurde dieſer Zuſtand für den internationalen Welten - markt ein unerträglicher, und von Jahr zu Jahr machte ſich immer lauter die Forderung nach einem einheitlichen Maßſyſtem für alle Völker geltend. Die Abmeſſungen am menſchlichen Körper gaben, wie die Erfahrung gezeigt hatte, zu wenig beſtimmte Einheiten, als daß man auf dieſelben hätte zurückgreifen können; daher ſchlug der holländiſche Aſtronom und Phyſiker Huyghens 1664 vor, die Länge desjenigen Pendels als Maß zu wählen, welches genau eine Sekunde ſchlägt, während der franzöſiſche Aſtronom Mouton 1670 die Länge einer Bogen - minute auf dem Meridian gemeſſen hierfür angenommen wiſſen wollte. Nachher iſt dieſes letztere Projekt noch vielfach umgeändert worden, bis es mit gewiſſen Abänderungen und Feſtſetzungen in dem metriſchen Syſtem verwirklicht wurde.
Es verging faſt ein Jahrhundert, ehe man einen dieſer Vorſchläge ernſtlich in Angriff nahm. Erſt den Machthabern der franzöſiſchen Revolution, die ja auf ſo vielen Gebieten die gewaltigſten Umwälzungen hervorgerufen hat, blieb es vorbehalten, auch auf dem Gebiete des Meßweſens Wandel zu ſchaffen. Es wurde eine Kommiſſion, beſtehend aus Borda, Lagrange, Laplace, Monge und Condorcet, gewählt, die mit dem Vorſchlag hervortrat, als Einheit den zehnmillionſten Teil des Viertels eines Meridiankreiſes zu wählen, dieſe Länge ſpäter noch mit der Länge des Sekundenpendels unter 45° Breite zu vergleichen und die Einheit der Maſſe dadurch darzuſtellen, daß man ein durch Teile der neuen Längeneinheiten gemeſſene Menge deſtillierten Waſſers von der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes im luftleeren Raum wägt. Wie man ſieht, ging man hier auf die Dimenſionen des Erdballes ſelbſt zurück, die nach menſchlichem Ermeſſen wenigſtens als ewig un - veränderliche angeſehen werden können. Die Erde iſt nahezu eine Kugel, ein Meridiankreis derjenige Bogen, welcher durch die beiden Erdpole geht. Die Länge eines ſolches Bogens war durch Meſſungen von Bouguer und Lacondamine in Peru, von Clairaut und Maupertuis in Lappland und Méchain und Delambre in Frankreich ſehr genau beſtimmt. Auf Grund der letzteren Meſſungen wurde die neue Längen - einheit konſtruiert, und im Jahre 1799 dem Staatsarchiv zu Paris als Repräſentant derſelben ein Platinſtab übergeben, deſſen Länge ein Meter heißen ſollte. Da alle Körper ſich in der Wärme ausdehnen,3Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.alſo der Platinſtab bei verſchiedenen Wärmegraden verſchiedene Länge hatte, ſo war feſtgeſetzt, daß er bei der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes die richtige Länge darſtellte. Während die alten Maße meiſt in 12 Teile geteilt wurden — der Fuß hatte z. B. 12 Zoll — wurde bei der neuen Einheit die Zehnerteilung durchgeführt. 1 Meter hat 10 Dezi - meter = 100 Zentimeter = 1000 Millimeter; 1000 Meter = ein Kilometer. Als Einheit der Flächenmaße gilt ein Quadrat, deſſen Seiten ein Meter lang ſind, das Quadratmeter; als Einheit der Raummaße der Würfel, deſſen Seiten ein Meter lang ſind, das Kubikmeter. Die Gewichts - einheit, das Kilogramm, wiegt ſoviel wie ein Kubikdezimeter deſtillierten Waſſers im Zuſtande ſeiner größten Dichte (bei 4° Wärme) im luftleeren Raume. So war denn endlich ein unveränderliches Naturmaß geſchaffen. Wenn auch alle Meterſtäbe plötzlich und alle Kilogramme verloren gehen, aus den Meſſungen eines Meridianbogens ließe ſich jederzeit die Längeneinheit und aus dieſer die Gewichtseinheit wieder herſtellen.
Die Vorzüge des metriſchen Syſtems waren ſo offenkundige, daß Frankreich dasſelbe noch im Jahre 1799 einführte, und jetzt benutzen es faſt alle Staaten der Erde. Im ſtrengſten Sinne des Wortes iſt freilich auch das Meter kein Naturmaß. Als Méchain und Delambre ihren Meridianbogen maßen, thaten ſie es natürlich mit den Hilfs - mitteln, die ihnen damals zu Gebote ſtanden; ſpätere Meſſungen mit verfeinerten Einrichtungen ergaben einen genaueren Werth, und nach hundert Jahren wird man abermals beſſere Reſultate erreichen können; die Länge des 10000000. Teiles des Meridianquadranten wird alſo auch mit immer größerer Sicherheit feſtgeſtellt werden. Mit einem ſolchen Maß aber, das jede neue Unterſuchung wieder verändert, weiß die Praxis nichts anzufangen, alle Maßſtäbe müßten ja immer wieder von neuem verändert werden; es iſt daher feſtgeſetzt, daß das im Pariſer Staatsarchiv aufbewahrte Platinmeter (mêtre des archives) als alleinige Verkörperung der Längeneinheit gelten ſoll.
Es lag nun die Aufgabe vor, nach dieſem Urmeter für den all - gemeinen Verkehr Maßſtäbe herzuſtellen. Man unterſcheidet zwei Arten von Maßſtäben, Endmaße und Strichmaße; bei den Endmaßen hat der Abſtand zwiſchen den beiden Endflächen die verlangte Länge, während dieſe bei den Strichmaßen durch den Abſtand zweier auf dem Stabe gezogener Striche dargeſtellt wird. Die Vergleichung zweier Strich - maße — auf dieſe ſoll zunächſt eingegangen werden — erſcheint äußerſt einfach, man legt dieſelbe ſo auf - oder aneinander, daß die Anfangs - ſtriche beider genau zuſammenfallen, dann iſt — unter der Vorausſetzung, daß der eine von beiden richtig iſt — der Betrag um den die beiden Endſtriche von einander abſtehen, der Fehler des zweiten Maßſtabes. Beim Aneinanderlegen der Nullſtriche wird der Einſtellungsfehler 0,1 mm1*4Die Erfindung der Maße und Gewichte.ſelten überſchreiten, rechnet man dieſelbe Ungenauigkeit bei der Abſchätzung oder Abmeſſung der Lage der Endſtriche, ſo iſt der geprüfte Stab bis auf 2 Zehntel Millimeter bekannt, eine Genauigkeit, die für den gewöhnlichen Markt - und Ladenverkehr vollkommen ausreicht, man hat für metallene Stäbe 0,5 mm, für hölzerne Stäbe 1 mm als Fehlergrenze feſtgeſetzt. Der für die Fehlerbeſtimmung der Verkehrsmaße benutzte Stab, das Gebrauchsnormal, darf ſelbſtverſtändlich nur ſehr viel geringere Abweichungen von der wahren Länge zeigen, man verlangt von ihm, daß er bis auf 0,1 mm, oder wenn er zur Beſtimmung feinerer, ſo - genannter Präziſionsmaßſtäbe benutzt wird, daß er bis auf 0,04 mm richtig iſt. Da die Gebrauchsnormale in fortwährender Verwendung ſind, ſo ſind ſie einer ziemlich ſtarken Abnutzung unterworfen und be - dürfen daher einer häufigeren Neubeſtimmung und Nachprüfung. Dieſem Zwecke dienen die Kontrolnormale, von denen verlangt wird, daß ihre Länge bis auf 0,025 mm beſtimmt ſei. Die Kontrolnormale wieder werden mit den Hauptnormalen verglichen, deren Fehler bis auf wenige Tauſendteile des Millimeter bekannt ſein müſſen, dieſe endlich mit dem in jedem Staate nur in einem Exemplare vorhandenen nationalen Prototyp, das eine genaue Kopie des zu Paris aufbewahrten internationalen Prototyps iſt.
Man kommt leicht zu der Frage: wozu dieſe großen Genauigkeiten? Vorſtehende Darlegungen werden bereits gezeigt haben, daß ſchon ſehr weit gehende Genauigkeiten erforderlich ſind, damit nur die Sicher - heit geboten wird, daß die Maßſtäbe, wie ſie der Kaufmann oder der Handwerker benutzt, den zu ſtellenden Anforderungen entſprechen, die Wiſſenſchaft aber iſt ſo hoch entwickelt, daß das Beſte, was ihr die Technik zu liefern im Stande iſt, für ihre Zwecke gerade gut genug erſcheint.
Maßvergleichungen der einfachſten Art, wie ſie oben angegeben ſind, werden mit bloßem Auge angeſtellt, bei feineren Unterſuchungen bedarf es komplizierter Inſtrumente. Wenn man an eine einfache Holz - platte eine feine Metallſpitze rechtwinklig zur Längsrichtung der Latte befeſtigt, in gleicher Weiſe eine zweite Spitze, doch ſo, daß dieſelbe ſich verſchieben läßt, ſo erhält man den einfachſten Maßvergleichungsapparat, den Stangenzirkel. Setzt man die feſte Spitze auf den Nullſtrich eines Stabes und ſtellt die bewegliche auf den Endſtrich ein, ſo kann man die jetzt durch den Abſtand der beiden Spitzen gegebene Normallänge leicht und bequem auf eine beliebige Anzahl anderer Stäbe übertragen und ſomit deren Fehler beſtimmen.
Zum Abmeſſen und Übertragen kleinerer Längen benutzt man ſchon ſeit ſehr alten Zeiten den gewöhnlichen Gelenkzirkel; derſelbe beſteht aus zwei zugeſpitzten Schenkeln, welche ein Gelenk verbindet, ſodaß die Spitzen einander beliebig genähert oder von einander entfernt werden können. Damit die gemeſſene Länge beim Übergang von einem Stabe zum andern ſich nicht verändert, wird beim Stangenzirkel der bewegliche5Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.Schenkel mitteltſt einer Schraube an der Führungsſchiene feſtgeklemmt. Beim Gelenkzirkel dient demſelben Zwecke ein Gradbogen, der an dem einen Schenkel feſtſitzt, während der andere Schenkel durchbrochen iſt und auf dieſem Bogen gleitet, an dem er ebenfalls mit einer Schraube geklemmt werden kann.
Die Zirkelmeſſungen ſind nun allerdings ſchon genauer wie die Meſſungen mit bloßem Auge, aber ſie haben alle einen großen Nachteil. Selbſt wenn man dieſelbe Länge nicht einmal, ſondern oft wiederholt überträgt, iſt doch eine größere Sicherheit als 3 bis 5 Hundertteile des Millimeters kaum zu erreichen, für feinere Meſſungen reicht alſo der Zirkel nicht aus, ganz abgeſehen davon, daß bei mehrmaligem Ein - ſetzen der Spitzen die Maßſtäbe ſtark zerſchrammt und verdorben werden. Wenngleich daher der Benutzung des Zirkels ſelbſt, für dieſe Zwecke ziemlich enge Grenzen gezogen ſind, ſo findet ſich doch das Prinzip des Stangenzirkels bei allen Apparaten wieder, die zu Längenver - gleichungen dienen, nur daß an Stelle der Spitzen Mikroſkope an - gewendet werden. Man erhält ſo einen optiſchen Stangenzirkel oder Comparator. Bevor jedoch auf dieſe etwas komplizierteren Inſtrumente ſelbſt eingegangen wird, mögen noch einige Worte über Maßſtäbe und einfache Längenmeſſungen Platz greifen.
Will man im gewöhnlichen Leben die Entfernung zweier Punkte beſtimmen, die Länge eines Werkſtückes feſtlegen oder ſonſtige Länge - meſſungen, welche die Praxis mit ſich bringt, vornehmen, ſo legt man den Nullſtrich des Maßſtabes auf den einen Punkt, an das eine Ende des Werkſtückes und ſieht dann nach, mit welchem anderen Striche des Maßes der zweite Punkt, das andere Ende des Werkſtückes zuſammenfällt. Die Anzahl der Teilſtriche des Maßſtabes giebt ſofort die gemeſſene Länge. Die Ausführung der Meſſung ſelbſt bleibt immer die nämliche, und dennoch ſind die Anforderungen an die Genauigkeit derſelben ſehr verſchiedene. Wenn die Länge eines Ackerſtückes in Betracht kommt, ſo ſpielen einige Dezimeter gar keine Rolle, dem Zimmermann iſt es ganz gleichgültig, ob ſeine Balken einige Zentimeter länger oder kürzer gerathen ſind, aber ſchon dem Tiſchler würde die Thür ſchlecht in den Schrank paſſen, wenn er ſich um ganze Zentimeter verſieht, noch viel genauer müſſen die Achſen bei Dampfmaſchinen in ihre Lager eingepaßt ſein, und der Techniker, der Phyſiker iſt oft mit Bruchteilen des Milli - meters nicht zufrieden geſtellt. Wenn das Meſſen dasſelbe bleibt, ſo müſſen alſo die Maßſtäbe dementſprechend eingerichtet ſein.
Die gewöhnlichen Maßſtäbe ſind meiſt aus Holz hergeſtellt und von rechteckigem Querſchnitt. In der That iſt Holz, da es durch die Wärme wenig verändert wird, ein vorzügliches Material für dieſe Zwecke. Langwarenmaßſtäbe, wie ſie in Tuch - und Leinengeſchäften Verwendung finden, die Meßlatten der Feldmeſſer und die zuſammen - klappbaren längeren Maße der Tiſchler und ähnlicher Handwerker ſind aus Holz. Für feinere Meſſungen ſind dieſe Stäbe nicht zu gebrauchen. 6Die Erfindung der Maße und Gewichte.Die erſte Bedingung für ein genaueres Meſſen iſt natürlich die mög - lichſte Feinheit der Teilſtriche ſelbſt. Bei den weichen Holzarten ſind die Teillinien bis zu 1 Millimeter dick und ihre Ränder ſtark verbogen. Man hat deshalb tannene Stäbe mit Ahorn ausgelegt und erhält auf dieſem Material Striche von 0,1 bis 0,05 mm Dicke. Sehr viel feinere Striche, bis zu 0,001 mm Breite, kann man auf Metall - und Glas - körpern auftragen, alle feinſten Stäbe ſind daher auch aus Metall — Glas empfiehlt ſich ſeiner Zerbrechlichkeit wegen nicht — angefertigt.
Maßſtab mit gerader Kante.
Maßſtab mit abgeſchrägter Kante.
Ferner hat man verſucht, die Meſſungsſicherheit dadurch zu erhöhen, daß man die Theilkanten abſchrägt. Legt man nämlich einen Maßſtab mit rechteckigem Querſchnitt auf die Fläche, in welcher die Punkte a und b Fig. 1 der zu meſſenden Länge ſich befinden, ſo iſt es ſehr ſchwer zu erkennen, welcher Teilſtrich zu dem Punkte a oder b gehört, und noch viel ſchwerer abzuſchätzen, um wie viel der Punkt von dem Strich abſteht. Der Maßſtab, wie ihn Fig. 2 zeigt, hebt dieſe Übelſtände zum Teil.
Die Teilung der Stäbe iſt ſelten weiter als bis auf 1 mm getrieben, Bruchteile dieſer Größe müſſen abgeſchätzt werden. Da dieſe Schätzungen jedoch immer nur ungenaue Reſultate liefern können, ſo ſind verſchiedene Einrichtungen getroffen, um dieſelben zu umgehen. Die einfachſte iſt der Transverſalmaßſtab. Bei dieſem werden die Teilſtriche durch 10 Linien in gleichem Abſtande rechtwinklig geſchnitten, ferner iſt in dem erſten der ſo gebildeten Rechtecke (Fig. 3) eine Diagonale gezogen. Alsdann ſind die auf den Querlinien abgeſchnittenen Strecken Zehntel -
Transverſalmaßſtab.
millimeter. Die erſte Querlinie iſt geteilt in 1 Zehntel und 9 Zehntel, die zweite in 2 Zehntel und 8 Zehntel ꝛc. Die Zehntelmilli - meter ſind auf dieſe Weiſe leicht abzuleſen.
Sehr viel beſſer erfüllt den gleichen Zweck der 1631 von Peter Vernier erfundene und nach ihm benannte Vernier oder Nonius. Bei zwei gleich langen Strecken, deren erſter und letzter Strich zuſammenfallen, die aber in eine ungleiche Anzahl von Teilen geteilt ſind, nimmt der Unterſchied zweier Striche vom erſten bis zum letzten immer um den gleichen Betrag zu. Legt man (Fig. 4) an die 9 erſten Striche eines Stabes AB7Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.einen zweiten kleinen Maßſtab CD, den Nonius, bei dem dieſelbe Strecke 0 bis 9 in 10 Teile geteilt iſt, ſo iſt, wenn die 0-Striche zu - ſammenfallen, die Entfernung 1 bis I gleich 1 / 10, 2 bis II gleich 2 / 10 u. ſ. w., 9 bis IX gleich 9 / 10 eines Teiles von AB, Strich 9 trifft dann wieder mit Strich X zuſammen. Beim direkten Meſſen wird der Nonius weniger verwandt, um ſo mehr beim Über - tragen von Längen. Habe ich beiſpiels - weiſe eine Entfernung in den Zirkel ge - nommen, dann ſetze
Nonius oder Vernier.
ich die eine Spitze auf den Strich 0 des Stabes AB ein und verſchiebe den Nonius ſo lange, bis ſein Strich 0 mit der zweiten Zirkelſpitze zuſammenfällt. Dies möge zutreffen, wenn der Nonius die Stellung hat, daß Strich 6 mit Strich VI zuſammenfällt, die gemeſſene Entfernung 0 bis 0 beträgt dann 6 Zehntel der Entfernung von 0 bis 1. Stände 0 am Nonius zwiſchen 8 und 9 und Strich VII fiele wieder mit einem Strich des Maßſtabes zuſammen, ſo wäre die gemeſſene Länge 8,7. Würde man den Nonius ſo teilen, daß 20 Teile deſſelben gleich 19 Teilen des Maßſtabes ſind, ſo könnte man direkt Zwanzigſtel ableſen. Die häufigſten Verhältniſſe ſind Zehntel und Fünfundzwanzigſtel.
Die größten Genauigkeiten liefert indeſſen der Vernier noch nicht, ſondern viel weiter kommt man mit der Mikrometerſchraube. Im weiteren Sinne des Wortes verſteht man unter Mikrometerſchrauben alle ſehr feingeſchnittenen Schrauben, damit an Inſtrumenten kurze, gleichmäßige Bewegungen ausgeführt werden. Eine Schraube beſteht aus einem feſten Cylinder, der Spindel, in welche das Gewinde ein - geſchnitten iſt. Den Abſtand zweier Windungen nennt man die Gang - höhe. Ein Ende der Schraube endigt in einen Cylinder, deſſen Durchmeſſer mehrmals größer iſt, als der der Spindel, den Schrauben - kopf. Der Mantel dieſes größeren Cylinders trägt meiſt auf der gekrümmten Fläche eine gleichmäßige Teilung, am häufigſten in 100 Teile, in dieſem Falle bezeichnet man den Kopf als Schrauben - trommel. Die Schraube bewegt ſich in einem Hohlcylinder, in welchen innen ein genau gleiches Gewinde eingeſchnitten iſt, ſo daß die Windungen der Schraube genau in die Windungen dieſer Schrauben - mutter eingreifen. Entweder iſt nun die Schraube feſtgelegt, dann bewegt ſich die Mutter bei einer Drehung derſelben, oder wenn die Mutter feſtſitzt, bewegt ſich die Schraube vorwärts und rückwärts. Wenn die Schraube mit einer Ableſungsvorrichtung — Lupe, Mikroſkop - Fernrohr — verbunden iſt, ſo iſt die Mutter beweglich angeordnet und führt einen viereckigen Rahmen, den Schlitten, der ein Faden,8Die Erfindung der Maße und Gewichte.paar oder Fadenkreuz zum Einſtellen trägt. Um noch Trommelteile ſchätzen zu können, befindet ſich neben der Trommel ein Nonius, meiſt aber nur eine einfache Strichmarke. Zeigt jetzt der Nullſtrich des Nonius oder die Strichmarke auf den Nullſtrich der Trommel, und die Schraube wird einmal ganz herumgedreht, ſo verſchiebt ſich die Mutter und mit ihr der Schlitten um eine ganze Ganghöhe, und die beiden Nullmarken ſtehen wieder einander gegenüber. Iſt die Trommel in 100 Teile geteilt, und es wird nur 1 / 10 Umdrehung gemacht, ſo zeigt die Strichmarke auf den Strich 10 der Trommel. Da der Nonius noch Zehntel-Trommelteile abzuleſen geſtattet, ſo würde ein Tauſendſtel Um - drehung, oder eine Verſchiebung des Schlittens um ein Tauſendſtel Ganghöhe noch deutlich zu meſſen ſein. Bei feinen Mikrometerſchrauben beträgt die Ganghöhe meiſt 0,1 mm, mit ihrer Hilfe ſind alſo noch 0,0001 mm genau einzuſtellen.
Nach dieſer Abſchweifung kehren wir zu den Komparatoren zurück. Die Stelle der Latte des Stangenzirkels vertritt hier eine ſtarke guß - eiſerne Schiene, welche mit ihren Enden auf zwei Steinpfeilern ruht. Dieſe gehen durch den Fußboden des Beobachtungsraumes frei hindurch und ſind direkt auf den Fundamenten des Gebäudes ſelbſt aufgemauert, damit weder die unter den Tritten des Beobachters erzitternden Dielen, noch vorüberfahrende Wagen ſie zu erſchüttern im Stande ſeien. Dieſe Schiene — der Führungscylinder — trägt zwei an einem Schlitten befeſtigte und mit dieſem längs des Cylinders bewegliche Mikroſkope*)Näheres hierüber unter optiſche Inſtrumente., die die Stelle der Zirkelſpitzen vertreten. Unter der Schiene befindet ſich ein ebenfalls gußeiſerner Tiſch, auf welchen die zu vergleichenden Stäbe aufgelagert werden. Sollen zwei Längen jetzt mit einander verglichen werden, ſo verſchiebt man die beiden Mikroſkope ſo lange, bis das eine auf den erſten Strich, das andere auf den letzten Strich des Normalſtabes weiſt, die feinere Einſtellung wird mit der Mikro - meterſchraube gemacht. Dieſe iſt ſo mit dem Mikroſkop verbunden, daß bei ihrer Umdrehung in der Bildebene deſſelben, ſich ein Paar von Spinnenfäden über die Stabſtriche hinſchiebt. Man dreht nun ſo lange an der Mikrometerſchraube, bis der Strich genau in der Mitte der Fäden ſteht und lieſt alsdann die Trommel ab. Hierauf verſchiebt man, rechtwinklig zur Richtung der Schiene, den beweglich eingerichteten Tiſch mit den Stäben, bis der zweite, neben dem erſten aufgelegte Stab unter die Mikroſkope zu liegen kommt, und dreht wieder die Mikrometer - ſchraube ſo lange, bis das Fadenpaar den Strich des zweiten Stabes einſchließt. Der Unterſchied der Trommelableſungen giebt dann den Längenunterſchied der Stäbe. Sei z. B. die Ganghöhe der Schraube 0,1 mm, die Trommel in 100 Teile geteilt, ſeien ferner bei der Pointierung auf den Normalſtab die Ableſungen am linken Mikroſkop 32,4, am rechten 47,2, und beim Viſieren auf den zweiten Stab bezüglich 64,79Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.und 93,1, bewegt ſich endlich mit wachſender Ableſung an der Trommel das Fadenpaar gleichmäßig in beiden Mikroſkopen nach rechts, ſo wären vorliegende Ableſungen ſo zu deuten: Der Nullſtrich des zweiten Stabes liegt um 32,3 Trommelteile weiter nach rechts, als der ent - ſprechende Strich des Normales, der Endſtrich dagegen um 45,9, würde alſo der zweite Stab ſo lange nach links gerückt, bis auf beiden Stäben ſich gleiche Ableſungen ergeben, ſo läge der Endſtrich des zweiten Stabes noch um 13,6 Trommelteile weiter rechts, wie der des Normales, der Stab iſt alſo um 13,6 Trommelteile oder 0,0136 mm länger, als der Normalſtab.
Für weniger genaue Meſſungen hat man auch kleinere tragbare Komparatoren mit meiſt nur einem Mikroſkop und feſtem Tiſch. Hier werden dann die Stäbe mit ihren Teilungen an einander gelegt, ſo daß beide gleichzeitig im Mikroſkop erſcheinen. Am beſten liegen die Stäbe ſo, daß die beiden Anfangsſtriche genau eine gerade Linie bilden; verſchiebt man das Mikroſkop auf der Schiene ſo lange, bis die Endſtriche in demſelben erſcheinen, ſo ergiebt die Differenz der Trommelableſungen beim Pointieren auf Stab I und Stab II ſofort den wahren Längen - unterſchied beider Stäbe. Bei den feinſten Maßſtäben iſt freilich ein Aneinanderlegen der Teilkanten nicht möglich, denn dieſe tragen nicht, wie der in Fig. 1 abgebildete Stab die Teilung an der Kante. Solche Stäbe mit rechteckigem Querſchnitt verändern leicht ihre Form und ihre Länge je nach der Unterlage, wie Fig. 5 zeigt. Iſt der Tiſch hohl, ſo ſind nur die Stab - enden unterſtützt, der Stab biegt ſich nach[unten] ein und der Abſtand der Endſtriche verkürzt ſich; iſt der Tiſch dagegen gewölbt, ſo iſt nur die Mitte des Stabes unterſtützt, der Stab wölbt ſich eben - falls, der Abſtand der Endſtriche verlängert ſich.
Geſtaltsänderungen rechteckiger Stäbe.
Wie man aber ſieht, bleibt der geradlinige Abſtand der Enden der punktierten Mittellinie in beiden Fällen derſelbe. Dieſe Mittelebene nennt man daher die unveränderliche Ebene oder die neutrale Schicht und teilt feine Stäbe auf dieſer Ebene. Fig. 6 ſtellt den Querſchnitt der Prototype des Meter dar, wie ſie jeder der allgemeinen Meter - konvention beigetretene Staat in einem Exemplar, hergeſtellt aus einer Legierung von 90 Teilen Platin und 10 Teilen Iridium, beſitzt.
Zum Abmeſſen größerer Längen, insbeſondere auf freiem Felde, benutzt man die Meßlatten, Meßketten, oder man bedient ſich der Meßbänder, welche je nach den Zwecken, denen ſie dienen ſollen, aus feinen Stahlſtreifen oder aus Köper hergeſtellt ſind.
Querſchnitt eines Normal - meters.
Das mêtre des archives iſt kein Strichmaß, ſondern ein Endmaß. Auf die feinſten Vergleichungen von Endmaßen braucht indeſſen hier nicht eingegangen zu werden, da Endmaße für die Praxis ohne größere Bedeutung ſind, wohl aber ſpielen die in dasſelbe Gebiet fallenden Dickenmeſſungen eine ganz hervorragende Rolle. Auch hierbei werden in erſter Linie Zirkel benutzt, die nur entſprechend anders geſtaltet ſind, die ſogenannten Taſterzirkel, Kalibermaßſtäbe und Schublehren. Alle
Taſterzirkel.
dieſe Inſtrumente meſſen die Dicken durch Fühlen. Den gebräuchlichſten Taſter ſtellt Fig. 7 dar, er iſt ein
Dicken - und Weitentaſter.
Gelenkzirkel, aber die Schenkel ſind nicht geradlinig, ſondern ausgebaucht, damit ein größeres Werkſtück zwiſchen ihnen Platz finden kann, die Enden ſind ein wenig aus ihrer Ebene herausgebogen, damit die Fühlflächen einander gegen - über liegen. Man öffnet den Zirkel ſoweit, daß er das Werkſtück eben an den beiden Punkten berührt, deren Abſtand geſucht wird und mißt dann mit
Taſter mit Maßſtab.
einem Maßſtab die Entfernung der beiden Fühlflächen. Will man mit dem - ſelben Inſtrument auch Weiten meſſen z. B. einen Durchmeſſer von Röhren, ſo verlängert man die Zirkelſchenkel über den Dreh - punkt hinaus geradlinig und biegt die Spitzen nach außen um, der Taſter erhält dann die Geſtalt wie Fig. 8. Man kann die Entfernung der Fühlflächen mit einem Maßſtabe natürlich nur ganz roh meſſen, für beſſere Meſſungen iſt daher der Maßſtab gleich mit dem Taſter verbunden, wie bei Fig. 9; bei dieſem Taſter ermöglicht zugleich die angebrachte Mikrometerſchraube ein beſſeres Einſtellen. Würde man die geradlinigen (Ableſungsſchenkel) länger machen als die gekrümmten Schenkel, ſo müßte auch der Bogen, den die Enden der langen Schenkel beſchreiben, größer ſein, als die von den kurzen Schenkeln beſchriebenen, denn je größer der Radius, um ſo größer der Kreis. Der Winkelwert bleibt natürlich immer derſelbe, aber der Linearwert vergrößert ſich entſprechend der Schenkellänge. Man nennt eine ſolche Vorrichtung, durch welche kleine Meſſungen in große Ableſungen verwandelt werden, Fühlhebel. Beim Fühlhebeltaſter (Fig. 10) erſcheinen kleine Bewegungen der Fühlflächen als große Ableſungen auf dem geteilten Kreiſe.
Die Stelle des Stangenzirkels bei Längenmeſſungen vertritt bei Dickenermittelungen die Schublehre. An einem metallenen Lineal iſt11Meſſung der Dicken und Weiten.
Fühlhebeltaſter.
eine ebene Fühlfläche a am Ende befeſtigt, (Fig. 11). Auf dem Lineal, das eine Teilung trägt, läßt ſich eine zweite Fühlfläche mit Hilfe eines Rahmens verſchieben, der einen Nonius trägt. Man legt das zu meſſende Stück zwiſchen die beiden Fühlflächen a und b, drückt die
Kalibermaßſtab oder Schublehre.
Fläche b ſanft an und lieſt dann mit Hilfe des Nonius direkt die Dicke am Maßſtabe ab. Vorausgeſetzt iſt hierbei, daß die beiden Flächen a, b genau gleichlaufend und rechtwinklig zum Lineal ſtehen. Neben dieſen Schublehren finden auch die Schrauben - lehren vielfach Anwendung. Das Princip iſt das gleiche. Bei der Palmerſchen Lehre, Fig. 12, trägt ein Bügel S bei P die feſte Fühlfläche, gegen welche eine zweite Fühlfläche P durch eine Schraube bewegt werden kann. Die Umdrehungen der Schraube laſſen ſich an einem über dem Bügel ſichtbaren Maßſtab ableſen. Die kegelförmige Zuſpitzung der Hülſe K, welche mit der Schraube verbunden über dem inwendig als Mutter dienenden Maß - ſtab ſitzt, iſt in 20 Teile geteilt, ſo daß ſich noch zwanzigſtel Umdrehungen be - ſtimmen laſſen.
Die weitgehendſte Verwendung findet der Meßkeil, möge er nun als Weiten -
Palmerſche Lehre.
12Die Erfindung der Maße und Gewichte.meſſer oder als Dickenmeſſer — in letzterem Fall iſt es ein Hohlkeil — verwertet werden. Die Meßkeile liefern recht genaue Reſultate.
In innigem Zuſammenhange mit den Längen ſtehen die Gewichte, die Gewichtseinheit iſt unmittelbar aus der Längeneinheit hergeleitet. Urſprünglich war von der Kommiſſion, wie ſchon erwähnt, vorgeſchlagen, eine durch Teile der neuen Längeneinheit gemeſſene Menge deſtillierten Waſſers von der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes, im luftleeren Raume gewogen, als Gewichts - oder Maſſeneinheit zu betrachten; ſpäter wurde feſtgeſetzt, daß ein Kilogramm gleich ſein ſolle dem Gewichte eines Kubikdezimeters deſtillierten Waſſers im Zuſtande ſeiner größten Dichte, gewogen im luftleeren Raum. Waſſer erleidet wie jeder Körper durch die Wärme eine Ausdehnung, wenn man alſo ein Kubikdezimeter (Liter) mit Waſſer von 10° Celſius füllt, und dann das Waſſer erwärmt, ſo läuft es über, weil es jetzt einen größeren Raum einnimmt. Bei 15°C. z. B. iſt alſo in demſelben Raum eine geringere Gewichts - menge Waſſer als vorher. Kühlt man andrerſeits das Waſſer ab, ſo zieht es ſich zuſammen, es nimmt weniger Raum ein, man muß demnach Waſſer nachgießen, um das Maß wieder ganz zu füllen, es iſt jetzt eine größere Gewichtsmenge in demſelben Raum. Ein Kubik - dezimeter deſtillirten Waſſers würde alſo kein beſtimmtes Gewicht haben, es muß noch die Temperatur deſſelben angegeben ſein. Waſſer hat die Eigenſchaft, bei 4°C. am dichteſten zu ſein, wird es noch weiter abgekühlt, ſo fängt es wieder an ſich auszudehnen.
Alle Körper in der Natur haben, wie die Erfahrung lehrt, das Beſtreben zu fallen, — ſich nach dem Erdmittelpunkt zu bewegen, wenn ſie an dieſer Bewegung nicht verhindert werden. Man muß daher annehmen, daß dem Erdball eine Kraft innewohnt, die ſich darin äußert, alle Körper nach dem Erdmittelpunkt anzuziehen und nennt dieſe Kraft die Schwerkraft. Die Eigenſchaft der Körper, vermöge deren ſie den Wirkungen der Schwerkraft ausgeſetzt ſind, iſt ihre Schwere. Die Richtung, nach welcher hin die Schwerkraft zieht, heißt die vertikale oder lotrechte, rechtwinklig zu dieſer ſteht die horizontale Richtung. — Ruht der Körper auf einer horizontalen Unterlage, ſo wirkt zwar die Schwerkraft ebenfalls auf ihn, aber ſie wird durch eine gleich große und entgegengeſetzt gerichtete Einwirkung ſeitens der feſten Teile der Unterlage aufgehoben, der Körper verharrt unter dem Einfluſſe der beiden gleich großen aber entgegengeſetzt gerichteten Kräfte in Ruhe, er befindet ſich im Gleichgewicht. Dieſelben Verhältniſſe treten ein, wenn der Körper an einem hinreichend feſten Faden hängt. Die Größe des Druckes, welchen die Unterlage von dem auf ihr ruhenden, oder des Zuges, den der Faden von dem an ihm hängenden Körper erfährt, heißt ſein Gewicht. Dieſes iſt abhängig erſtens natürlich von der Größe der Schwerkraft, dann auch, da jedes einzelne Maſſen -13Von den Wägungen.teilchen der Schwerkraft unterworfen iſt, von der Maſſe des Körpers. Man kann alſo die Maſſen zweier Körper vergleichen, indem man ihre Gewichte vergleicht, hierzu dient die Wage.
Denkt man ſich alle die Wirkungen der Schwerkraft auf die einzelnen Maſſenteilchen zu einer einzigen Kraft vereinigt, ſo wird dieſe eine Kraft in dem Körper auch nur einen Angriffspunkt haben, deſſen Lage zu dem Körper unveränderlich iſt und der der Schwerpunkt des Körpers genannt wird. Man kann ſich daher auch das Gewicht des Körpers im Schwerpunkt vereinigt denken. Bei ſymmetriſch geſtalteten Körpern fällt der Schwerpunkt mit dem Mittelpunkt zuſammen. Man kann nun einen Körper in dreifacher Weiſe unterſtützen, entweder im Schwerpunkt, dann iſt derſelbe unter dem Einfluſſe der Schwerkraft in jeder Lage im Gleichgewicht, oder in einem Punkte der vertikal über oder unter dem Schwerpunkt liegt. Erſteres iſt der Fall, wenn er an einem vertikalen Faden hängt, letzteres wenn er auf einer horizontalen Unterlage ruht.
Das Gleichgewicht kann ein ſtabiles, labiles oder indifferentes ſein. Man bezeichnet es als ſtabil, wenn der Körper, ein wenig aus ſeiner Gleichgewichtslage gebracht, durch die auf ihn wirkenden Kräfte wieder in die Gleichgewichtslage zurückgeführt wird, — labil, wenn der Körper, einmal in ſeiner Gleichgewichtslage geſtört, nicht in dieſelbe zurückkehrt, als indifferent, wenn der Körper in jeder Lage die man ihm giebt im Gleichgewicht verharrt. Ein um eine feſte Axe drehbarer Körper iſt im ſtabilen Gleichgewicht, wenn der Schwerpunkt unter dem Unterſtützungspunkt liegt, im labilen, wenn der Schwerpunkt über dem Drehpunkt liegt und im indifferenten Gleichgewicht, wenn der Schwer - punkt in der Umdrehungsaxe liegt. Eine Schaukel z. B. iſt im ſtabilen Gleichgewicht, wenn man ſie auch noch ſo hoch ſchwingt, kehrt ſie doch von ſelbſt in die vertikale Lage zurück, ein Stock dagegen, den man auf der Hand balanciert, iſt ſtabil, — der leiſeſte Stoß bringt ihn zum Umfallen, ohne daß er ſich wieder aufrichtet. Eine Kugel, durch deren Mittelpunkt ein Stock hindurchgezogen wird, bleibt in Ruhe, wie man ſie auch dreht.
Unterſtützt man einen Stab in irgend einem Punkte, um den er ſich drehen kann, ſo erhält man einen Hebel. Dieſer wird als ein - armiger bezeichnet, wenn der Drehpunkt mit einem Endpunkte des Stabes zuſammenfällt, im anderen Falle heißt er zweiarmig. Bringt man an einem Hebel eine Laſt an, ſo wird der Punkt des Hebels, an welchem die Laſt hängt, der Angriffspunkt genannt, und die Ent - fernung zwiſchen dem Drehpunkt und dem Angriffspunkt — Hebelarm. Wird der Hebel durch den Drehpunkt in zwei gleich lange Arme geteilt, ſo iſt es ein gleicharmiger, iſt dies nicht der Fall, ſo hat man einen ungleicharmigen Hebel vor ſich. Bringt man an einem Arme eines zweiarmigen Hebels, der ſich im Gleichgewicht befindet, eine Laſt an, ſo wird das Gleichgewicht geſtört, der Hebel neigt ſich nach der be -14Die Erfindung der Maße und Gewichte.laſteten Seite und es bedarf einer zweiten Laſt am andern Arm, um das Gleichgewicht wieder herzuſtellen. Erfahrung und Theorie haben gezeigt, daß bei einem Hebel, der im unbelaſteten Zuſtande im Gleichgewicht war, wenn er belaſtet wird, wieder Gleichgewicht herrſcht, ſobald das Produkt aus der Länge des Hebelarms und der Laſt auf beiden Seiten des Drehpunktes gleich iſt. Hat man z. B. einen gleicharmigen Hebel, deſſen Arme 25 cm lang ſind, auf einer Seite mit 2 kg belaſtet, ſo daß alſo für dieſe Seite das Produkt aus Laſt und Arm — das ſtatiſche Moment — gleich 25 × 2 = 50 iſt, ſo muß auch die andere Seite mit 2 kg belaſtet werden, wenn wieder Gleichgewicht eintreten ſoll, denn dann iſt auch hier das ſtatiſche Moment 25 × 2 = 50. Wäre bei einem ungleicharmigen Hebel der eine Arm 25 cm lang, der andere 5 cm, und der längere Arm iſt mit 2 kg belaſtet, ſo muß der kürzere Arm mit 10 kg belaſtet werden, um Gleichgewicht hervorzurufen, denn in einem Falle iſt das ſtatiſche Moment 25 × 2 = 50, auf der anderen Seite 5 × 10 = 50. Beim gleicharmigen Hebel herrſcht alſo Gleichgewicht, wenn die Laſten auf beiden Seiten gleich ſind, beim ungleicharmigen, wenn die Laſten im umgekehrten Verhältnis zu den Armlängen ſtehen; iſt ein Arm fünf mal ſo lang wie der andere, ſo darf er nur ein Fünftel der Laſt tragen, mit welcher der kürzere Arm beſchwert iſt.
Die Wage iſt eine und vielleicht die am meiſten bekannte und benutzte Anwendungsform des Hebels. In der That beſteht die ein - fachſte Hebelwage nur aus einer metallenen Stange, dem Wagebalken, der an einer Stelle unterſtützt iſt und an beiden Enden Vorrichtungen aufweiſt, an denen Laſten befeſtigt werden können. Als Drehpunkt dient in der Regel eine Schneide, welche die Schärfe eines in den Balken eingeſprengten gehärteten Stahlkeiles bildet; ſie ruht auf einer Horizontal - ebene, gleichfalls aus gehärtetem Stahl, der Mittelpfanne. An den Enden ſind ebenfalls gehärtete Stahlkeile eingefügt, die aber im Gegen - ſatz zu der Mittelſchneide die Schärfen nach oben gerichtet haben, die Endſchneiden. Über dieſe ſind Bügel gelegt, die an einem Haken die Schalen zur Aufnahme der Laſten tragen. Auch die Bügel lagern mit gehärteten ebenen Stahlplättchen, den Endpfannen, auf den Schneiden.
Von einer guten Wage verlangt man 1. daß der Balken für ſich allein ſich horizontal einſtellt, daß er ebenfalls horizontal bleibt, wenn beide Seiten gleich belaſtet werden. — Der Wagebalken darf ſich daher nicht im indifferenten Gleichgewicht befinden, ſondern nur im ſtabilen, der Schwerpunkt muß demnach unter der Mittelſchneide liegen, dies muß auch noch der Fall ſein, wenn in die Schalen Gewichte gelegt ſind. Die beiden Balkenarme, — ſo nennt man entſprechend den Bezeichnungen beim Hebel die Entfernungen zwiſchen Mittel - und Endſchneiden — müſſen alſo gleich gearbeitet und vor allem genau gleich lang ſein, die eine Laſt würde ſonſt an einem längeren Hebel - arm angreifen wie die andere, und die ſtatiſchen Momente wären trotz15Von den Wägungen.der gleichen Belaſtung ungleich. Stellt Fig. 13 einen Wagebalken vor, ſo iſt c die Mittelſchneide, a, b ſind die Endſchneiden, ac und bc die gleich langen Arme, s der genau vertikal unter c liegende Schwerpunkt.
Schematiſche Darſtellung der Wage.
Legt man jetzt in die beiden Schalen zwei gleiche Gewichte P, ſo greifen dieſelben in a und b an, der gemeinſame Schwerpunkt beider fällt demnach in c, und der gemeinſame Schwerpunkt aller in c wirkenden Maſſen, alſo auch des Balkens und der beiden Gewichte mit Schalen und Gehängen, fällt in einen Punkt zwiſchen c und s. Aus der Figur erſieht man ſofort, daß außer der Bedingung der gleichen Länge der Arme auch noch die erfüllt ſein muß, daß alle drei Schneiden genau in einer geraden Horizontallinie liegen müſſen. Läge b tiefer wie a, und wäre c b keine Horizontale, ſo würde die Laſt in b nicht recht - winklig zum Hebelarm angreifen, es würde demnach nur ein Teil der Laſt und nicht die ganze wirken. Daſſelbe würde eintreten, wenn zwar die drei Schneiden in einer Ebene lägen, aber die Schalen nicht einander parallel hingen, ſo daß die Kräfte dann unter verſchiedenem Winkel angreifen würden.
Man macht deshalb die Aufhängung der Schalen ſtets ſo leicht beweg - lich wie möglich, damit ſie ſich immer vertikal einſtellen. Steht dann der Wagebalken ſchief, ſo greifen die Laſten zwar unter einem Winkel an, ſo daß ein Teil der Laſt nicht in Wirkung tritt; aber der Verluſt iſt auf beiden Seiten der gleiche und da es ſich nur um Gewichts - vergleichungen handelt, ſo bleiben die Verhältniſſe die nämlichen. Bringt man jetzt auf der rechten Seite ein kleines Übergewicht an, ſo fällt der Schwerpunkt der beiden Laſten, die in a und b angreifen, nicht mehr mit c zuſammen. ſondern in d, und der gemeinſchaftliche Schwer - punkt nicht mehr in die Linie c s, ſondern in die Linie d s in den Punkt m. Da wir ein ſtabiles Syſtem haben, ſo wird der ganze Wagebalken ſich ſoweit um c drehen, bis m vertikal unter c zu liegen kommt. Der Winkel s c m, um den ſich der Balken dreht, heißt der Ausſchlagswinkel für die Laſt r. Dieſer Ausſchlagswinkel bietet ein16Die Erfindung der Maße und Gewichte.Maß für die Empfindlichkeit der Wage, die um ſo größer iſt, je größer der Ausſchlagswinkel im Verhältnis zu dem Gewicht r iſt.
Als zweite Bedingung für eine gute Wage iſt daher aufzuſtellen: 2. die Empfindlichkeit muß möglichſt groß ſein. Dieſer Bedingung läßt ſich in dreifacher Weiſe genügen.
Liegt der Schwerpunkt s möglichſt nahe unter c, ſo rückt auch der Punkt m vertikal in die Höhe und der Winkel s c m vergrößert ſich infolge deſſen. Bei allen guten Wagen iſt entweder unterhalb des
Präziſionswage.
Balkens wie in Fig. 13 oder oberhalb deſſelben wie in Fig. 14 eine feine Schraube angebracht, an der man ein kleines Gewicht auf - und abſchrauben kann, wodurch man offenbar den Schwerpunkt höher oder tiefer zu rücken im Stande iſt, je nachdem man die Empfindlichkeit zu vergrößern oder zu verkleinern wünſcht.
Andrerſeits nimmt die Empfindlichkeit mit der Länge der Arme zu, denn es iſt klar, daß, wenn man c b verlängert, auch d ſich weiter von c entfernt, alſo auch der Punkt m in einer zu c b parallelen Richtung von c s fort rückt und der Winkel s c m ſich vergrößert.
Endlich erhöht ſich die Empfindlichkeit, wenn man den Wagebalken möglichſt leicht wählt.
Der Ausſchlag des Wagebalkens, der Winkel s c m wird an einer Skala abgeleſen, über welcher ſich ein mit dem Wagebalken feſt ver - bundener Zeiger bewegt.
Die Bedingungen für eine hochempfindliche Wage ſind ſomit gegeben; in der Praxis hatte es aber ſeine Schwierigkeiten, dieſelben17Von den Wägungen.zu erfüllen. Macht man die Balken zu lang, ſo wird die Wage ungeſchickt und nimmt zu viel Raum ein, außerdem ſchwingt ſie zu langſam. Leicht ſucht man die Balken zu machen, indem man dieſelben durchbrochen arbeitet, wie Fig. 14 zeigt, aber es muß immer darauf geachtet werden, daß der Balken auch genügende Feſtigkeit hat, um die Laſten tragen zu können, zu deren Abwägung er verwendet werden ſoll. Biegt ſich der Balken durch, weil er zu ſchwach iſt, ſo liegen die drei Schneiden nicht mehr in einer Ebene und die Wägungen werden fehlerhaft. Bei kleineren Wagen arbeitet man die Balken ganz aus Aluminium.
Rückt man endlich den Schwerpunkt s zu nahe nach c herauf, ſo liegt die Gefahr nahe, daß das Gleichgewicht indifferent wird.
Die Erfindung der Wagen iſt ſicherlich bereits in den älteſten Zeiten gemacht worden, aber wo und von wem, läßt ſich auch hier, wie faſt überall, wo es ſich um die Anfänge der Meßkunde handelt, nicht angeben. Die älteſte Methode des Wägens beſtand wohl darin, daß man auf die eine, gewöhnlich die rechte Schale die Laſt legte und dann auf die andere Schale ſo lange Gewichte that, bis das Gleich - gewicht wieder hergeſtellt war. Auf dieſe Weiſe war die Schwere der Laſt ſofort aus den Gewichten abzuleſen, ausgedrückt in Teilen oder Vielfachen der Gewichtseinheit. Legt man auf die rechte Schale ein Stück Fleiſch und muß die linke Schale mit 2,5 kg belaſtet werden, damit die Zunge wieder in der Mitte der Skala einſpielt, ſo wiegt das Fleiſch 2,5 kg. Für den gewöhnlichen Handel genügt dieſes alte ein - fache Verfahren auch heute noch vollkommen, denn ob der Kaufmann 1 g Butter mehr oder weniger auf 1 kg giebt, iſt ſowohl ihm, wie dem Käufer ziemlich gleichgültig; ſollen aber Edelmetalle abgewogen werden, oder handelt es ſich überhaupt um wertvollere Gegenſtände, ſo ſpielen bereits Milligramme eine Rolle, und da genügt dieſes Verfahren nicht.
Die Wagearme abſolut gleich lang zu machen, iſt ein Problem, welches ſelbſt die moderne Technik noch nicht gelöſt hat, und wenn auch dies gelingen ſollte, ſo werden dennoch die Balkenarme während der Wägung Veränderungen unterworfen ſein. Befindet ſich beiſpiels - weiſe der linke Arm näher dem Fenſter, der rechte näher einer Wärme - quelle, ſo wird der linke Arm kälter ſein, als der rechte, oder, da alle Körper durch die Wärme ausgedehnt werden, ſo wird der linke Arm auch kürzer ſein, als der rechte; die rechts liegende Laſt wirkt alſo an einem längeren Hebelarm, als die links liegenden Gewichte, die ſtatiſchen Momente ſind bereits gleich, wenn die Laſt noch leichter iſt, als die Summe der Gewichte; die Laſt erſcheint ſchwerer, als ſie in der That iſt. Andrerſeits, wenn die Laſt aus einem Stück beſteht, ſo nähert man ſich beim Aufſetzen derſelben nur einmal dem rechten Wagenarm; hat man 7 Gewichte nöthig, um die Zunge zum Einſpielen zu bringen, ſie auszutarieren, ſo nähert man die Hand dem linken Balkenarm ſiebenmal und bei der großen Empfindlichkeit des Metalls gegen Wärme -Das Buch der Erfindungen. 218Die Erfindung der Maße und Gewichte.einflüſſe, wird ſich der linke Arm durch die Handwärme ungleich ſtärker ausdehnen, wie der rechte; man erhält ein zu geringes Gewicht für die Laſt. Gegen Erwärmung von außen, ſowie gegen Luftſtrömungen, wie ſie entſtehen, wenn z. B. die Thür des Wagenzimmers geöffnet wird, hat man ſich zu ſchützen geſucht, indem man die Wagen mit einem Umſchlußkaſten verſieht, gegen die Handwärme, indem man die Gewichte mit Pinzetten anfaßt und aufſetzt, aber erſt die Erfindung der Bordaſchen Wägungsmethode führte zu genaueren Reſultaten.
Borda’s Methode ſucht die niemals zu umgehenden konſtruktiven Unzulänglichkeiten der Wage, ſowie die von außen herantretenden Störungen des Verfahrens durch die Anordnung der Beobachtungen aufzuheben. Auf die rechte Schale wird zuerſt das Normalgewicht geſetzt und durch links aufzulegende gewöhnliche Gewichtsſtücke aus - tariert. Dann wird nach Ableſung der Gleichgewichtslage an der Wagenſkala rechts das Normal durch die Laſt, ein Gewichtsſtück oder was ſonſt beſtimmt werden ſoll, erſetzt und werden rechts oder links ſoviel Zulagegewichte hinzugefügt, bis wieder Gleichgewicht eintritt. Endlich wird rückwärts dieſelbe Anordnung wiederholt. Sei das Normal - gewicht N, das zu beſtimmende P, die Zulage z, ſo hat man auf der rechten Schale nach einander N, P + z, P + z, N. Durch dieſe Methode werden in der That viele Ungenauigkeiten vermieden. Wäre z. B. der rechte Walkebalken länger wie der linke, ſo würde beim Austarieren links allerdings mehr hinaufgelegt werden müſſen, als der Schwere des Stückes entſpricht, aber da ja P auf dieſelbe Schale kommt, ſo würde dieſer Konſtruktionsfehler bei N und P genau gleich wirken, P + z alſo genau ſo ſchwer ſein müſſen, wie N. Oder wenn z. B. der linke Balken während der Wägung ſich durch Wärmeeinflüſſe ſtetig ver - längerte, ſo würde freilich links die Tara ſcheinbar immer ſchwerer werden, aber beim Wiederaufſetzen des Normals würde der Fehler ſich bemerkbar machen, und in der Rechnung würde er verſchwinden. Nämlich ſo: gegeben ſeien 2 Kilogrammſtücke, das fehlerfreie Normal, das zweite um 5 mg zu leicht. Jetzt legt man erſt das Normal auf, tariert aus, bis Gleichgewicht eingetreten iſt, nimmt das Normal herunter, und legt das zweite Kilogramm auf die rechte Schale, dann werden zunächſt rechts noch 5 mg zugelegt werden müſſen, damit wieder Gleichgewicht eintritt. Nun ſoll aber der linke Balkenarm ſich ſoweit verlängert haben, daß rechts noch 1 mg nöthig iſt, um dieſes ſcheinbare Schwererwerden der Tara auszugleichen, es müſſen alſo rechts 6 mg zu gefügt werden. Bei der folgenden Wägung iſt der Arm abermals länger geworden um denſelben Betrag, wenn alſo das zweite Kilogramm der Vorſchrift gemäß abermals aufgeſetzt wird, ſo müſſen 7 mg hinzugefügt werden.
Jetzt kommt das Normal an die Reihe und da der Balken ſich fortgeſetzt verlängert, ſtimmt die Tara nicht mehr, ſondern zu dem Normal müſſen 3 mg hinzugethan werden, bis Gleichgewicht eintritt. Die Wägung iſt alſo fehlerhaft, aber durch die Anordnung geht der19Von den Wägungen.Fehler heraus, denn, wenn beim Anfang der Beobachtung rechts nur N ſtand, beim Ende (N + 3) mg, ſo hätte, wenn in der Mitte der verfloſſenen Zeit das Normal aufgeſetzt worden wäre, 1 kg + 1½ mg aufgelegt werden müſſen, ebenſo wenn beim erſten Hinſetzen des zweiten Kilogramms 6 mg Zulage waren, beim zweiten Auflegen dagegen 7 mg, ſo wären in der Mitte der Zeit 1 kg + 6½ mg zur Erzeugung des Gleich - gewichts nöthig geweſen. Alſo für die Mitte der Wägung beträgt der Unterſchied der beiden Gewichte (1 kg + 6½ mg) — 1 kg + 1½ mg = 5 mg. Trotz der fehlerhaften Wägung iſt alſo das Ergebnis ein richtiges, denn es war vorausgeſetzt, daß das zweite Kilo um 5 mg leichter ſei als das Normal.
Gauß erfand eine noch genauere Methode. Er vermeidet die Tara ganz. Sei das Normal wieder N, das andere Gewicht P, ſo legt er erſt links N, rechts P auf, dann werden die Gewichte vertauſcht, alſo links P, rechts N aufgelegt, dieſelbe Wägung wiederholt, endlich aber - mals links N, rechts P. Auf die Vorzüge dieſer Methode, ſowie auf ganz feine Wägungen im luftleeren Raum einzugehen, würde hier zu weit führen. Um die ſtörenden Wärmewirkungen des Beobachters auszuſchalten, beobachtet man durch ein Fernrohr aus 1 bis 2 m Ent - fernung, aus derſelben Entfernung kann man durch Hebelvorrichtungen die Gewichte aufſetzen und abnehmen, ſie umtauſchen, daß das linke nach rechts und das rechte nach links kommt, ohne daß der Beobachter an die Wage herantritt, endlich können auch die Zulagegewichte auf dieſelbe Weiſe hinzugefügt werden. Für letztere hat man noch eine beſondere Vorrichtung getroffen. Namentlich bei Chemikerwagen findet man oft jeden Balkenarm in 10 gleichmäßige Teile geteilt und mit Kerben verſehen (ſiehe Fig. 14), in welche ſpitzwinklig gebogene Draht - ſtückchen eingeſetzt werden können. Bei dieſer Einrichtung braucht man für die Zulagegewichte immer an Stelle mehrerer nur ein Stück und das Tarieren geht äußerſt ſchnell, denn dasſelbe Stück von beiſpiels - weiſe 10 mg Schwere, wiegt am Ende des Balkens, am ganzen Hebel - arm ſoviel, wie 10 mg auf der Schale; hängt man es aber in die fünfte Kerbe, ſo wirkt es nur an einem halb ſo langen Hebelarm, wird alſo auf der Schale der anderen Seite durch 5 mg im Gleich - gewicht gehalten. Mit demſelben Gewichtsſtück oder Reiter, wie dieſe Drähte genannt werden, kann man alſo je nach der Kerbe, in welche man ſie hineinſetzt 1 mg, 2 mg u. ſ. w. bis 10 mg wiegen. Bei der - ſelben Wage ſind alſo hier gleichzeitig für die auf den Schalen liegenden Gewichte, die Geſetze des gleicharmigen, für die auf dem Balken reitenden, die des ungleicharmigen Hebels benutzt. Für feinere Wägungen ſind nur gleicharmige Wagen in Gebrauch, wo es aber weniger auf Genauigkeit als auf Schnelligkeit ankommt, greift man gern zu ungleicharmigen.
Die ungleicharmigen Wagen, die man auch Schnell - oder Höker - wagen nennt, ſind meiſt ſo eingerichtet, daß die Mittelſchneide, um2*20Die Erfindung der Maße und Gewichte.welche ſich der Balken dreht, ſowie eine Endſchneide, auf welcher die für die Laſt beſtimmte Schale aufſitzt, feſt eingelaſſen ſind; der Hebelarm, an welchem die Laſt hängt, iſt alſo unveränderlich, auf dem eingeteilten zweiten Arme läßt ſich ein Gewicht verſchieben. Iſt der rechte Arm CE, Fig. 15, ein Zehntel des linken, und iſt der zehnmal ſo lange linke Arm in 10 Teile geteilt, ſo kann man durch Anhängen eines 1 kg Stückes
Schnellwage.
an D Laſten von 1 bis 10 Kilogramm Schwere wägen. Iſt die Laſt größer, ſo wählt man G 10 kg ſchwer, und kann dann durch Ver - ſchieben von D mit G Laſten bis 100 kg abwägen. Die einzelnen Zehntel des linken Armes ſind meiſt noch in Unterabſchnitte geteilt, ſo daß man auch kleinere Gewichte noch ableſen kann. Iſt der Abſtand zwiſchen zwei Hauptſtrichen z. B. abermals in 10 Abſchnitte geteilt, und mußte man D bis zum 7. Strich hinter dem 4. Hauptſtrich ſchieben, bis Gleichgewicht vorhanden iſt, ſo würde die Laſt unter der Vorausſetzung, daß G gleich 1 kg, alsdann 4,7 kg wiegen; wäre G = 10 kg, ſo wöge ſie 47 Kilogramm. Bei vielen Wagen, wie auch bei Fig. 15, iſt noch ein zweiter Unterſtützungspunkt C vorhanden. In E iſt eine Doppelſchneide, eine nach oben, die andere nach unten ge - richtet; man kehrt den ganzen Balken um, hängt die Schale wieder an und hängt die Wage an dem zweiten, E näheren Punkt C auf. Dadurch iſt das Hebelverhältnis geändert; war vorher der linke Arm 10 mal ſo lang wie der rechte, ſo wird er jetzt meiſt 20 mal ſo lang ſein. Der Balken trägt auf der anderen Seite ebenfalls noch eine zweite Teilung, und man kann nunmehr mit 1 kg Gewicht 20 kg Laſt wägen. Mit dieſen Einrichtungen iſt die Schnellwage ein außerordentlich bequemes Hilfsmittel zum Abwägen von Laſten innerhalb ſehr weiter Grenzen der Schwere. Schnellwagen aus Elfenbeinſtäbchen hatten übrigens ſchon die alten Chineſen. Jüngeren Datums ſind eine zweite Klaſſe ungleicharmiger Wagen, bei denen im Gegenſatz zu den eben be -21Von den Wägungen.ſchriebenen das Verhältnis der beiden Hebelarme ein konſtantes, ſich gleichbleibendes iſt, die ſogenannten Brückenwagen. Schon im vorigen Jahrhundert gab es mehrere derartige Konſtruktionen, die aber ſo ſchwer - fällig waren, daß ſie ſich keinen Eingang zu verſchaffen ver - mochten. Erſt dem Mechaniker Quintenz in Straßburg gelang es 1823 ſie in einer Form herzuſtellen, die ihnen ſchnell zu großer Verbreitung verhalf. Fig. 16 giebt eine Anſicht dieſer Straßburger Wage, ſchematiſch dargeſtellt. Bei der Brücken - wage ſind hauptſächlich ein - armige Hebel in Anwendung
Brückenwage.
gebracht; auch bei dieſen findet Gleichgewicht ſtatt, wenn die ſtatiſchen Momente gleich ſind, nur müſſen hier, da beide Kräfte auf derſelben Seite des Drehungspunktes angreifen, die Kräfte entgegengeſetzte Rich - tung haben.
Drückt eine Laſt nach unten, ſo kann dieſelbe nur aufgehoben werden durch einen Zug nach oben. Wie man aus der Abbildung erſieht, iſt die horizontale Brücke (der einarmige Laſthebel) mit dem vorderen Ende E aufgehängt an der vertikalen Stange D E. Dieſe iſt in D an dem Wagebalken A B befeſtigt, während das hintere Ende mittelſt einer Schneide F auf einem zweiten einarmigen Hebel H K, dem Trag - hebel aufruht. Auch dieſer hängt an einer ſenkrechten Stange H B, welche frei durch die Brücke hindurchgeht und bei B an einem Ende mit dem Wagebalken verbunden iſt, während das andere ſich um die Schneide K dreht. Legt man auf die Brücke eine Laſt Q, ſo wird ein Teil derſelben ſich bemerkbar machen als Zug p an der Stange E D, ein anderer als Druck q auf die Schneide F wirken, dann iſt Q = p + q. Das Verhältnis der Hebellängen iſt ſo gewählt, daß C D zu C B im gleichen Verhältniſſe ſteht wie K F zu K H. Beiſpielsweiſe ſei C B zehnmal ſo lang als C D, alſo auch K H zehnmal ſo lang als K F. Dann würde ein in B wirkender Zug nach oben in Größe von p / 10 dem Zuge nach unten p, den die Stange D E ausübt, gerade das Gleichgewicht halten, und dieſer Teil der Laſt wäre aufgehoben. Der Teil q drückt durch die Schneide F auf den Traghebel K H und ruft wegen des Verhältniſſes von K F zu H F durch Vermittelung der Stange H B in B einen Zug nach unten hervor gleich q / 10. Ließe man alſo in B einen Zug nach oben wirken gleich q / 10 + p / 10 = Q / 10, ſo wäre die ganze Laſt Q aufgehoben. Dieſen Zug bringt man hervor, indem man die andere Seite des Wagebalkens belaſtet. Wäre C B = C A, alſo wäre A B ein gleicharmiger Hebel, ſo brauchte man in eine bei A hängende Schale nur ein Zehntel der Gewichtsmenge auflegen, welche22Die Erfindung der Maße und Gewichte.die Laſt Q wiegt. Dies findet bei den Dezimalwagen ſtatt, macht man noch A C zehnmal ſo lang wie C B, ſo braucht man in der Gewichts - ſchale nur ein Hundertſtel der Laſt, 1 Zentner wird durch 1 Pfund abgewogen, man nennt dieſe Wage Zenteſimalwage. Bei einer gut gearbeiteten Brückenwage muß im unbelaſteten Zuſtande der Balken A B horizontal liegen, die Brücke muß bei den Schwingungen des Balkens, bei ihrer Hebung und Senkung ſtets horizontal bleiben, endlich muß es gleich ſein, auf welche Stelle der Brücke man die Laſt auflegt.
Als letzte Anwendung der Hebelgeſetze ſei noch die Tafelwage angeführt, die bei Kaufleuten und in der Wirtſchaft vielfach in Gebrauch iſt, ſowie die Zeigerwage, wie ſie namentlich als Briefwage Verwendung findet. Beide bedürfen nach dem Vorangegangenen weiter keiner Erläuterung.
Auf ganz anderen Prinzipien beruhen die Federwagen, ſowie alle Wagen von elaſtiſchen Körpern. Wirklich in die Praxis eingeführt haben ſich nur die Federwagen. Sie haben ſich vielfach deshalb in Familien eingebürgert, weil zu ihrer Benutzung keine Gewichte erforderlich
Federwage.
ſind. Die Feder, mag ſie nun ſpiralig oder kreis - förmig oder ſonſtwie gebogen ſein, ſetzt vermöge ihrer Elaſtizität den Verſuchen, ſie weiter zuſammen zu drücken, oder auseinander zu ziehen, einen ge - wiſſen Widerſtand entgegen. Hängt man z. B. an eine Spiralfeder, die mit ihrem oberen Ende befeſtigt iſt, unten 1 kg an, ſo wird ſich dieſelbe, wenn ſie genügend ſtark iſt, nur um einen kleinen Bruchteil ihrer Länge ausdehnen; ſoll ſie ſich noch mehr ver - längern, ſo muß ein neues Gewicht hinzukommen u. ſ. w. Wenn man einen Zeiger feſt mit der Skala ver - bindet, ſo kann man neben demſelben auf einer Skala Marken anbringen, auf welche er weiſt, wenn die Feder mit ein, zwei u. ſ. w. Kilogramm belaſtet iſt. Fig. 17 zeigt eine ſolche Wage, bei der die Feder zuſammen gedrückt wird. Auch als Zugkraftmeſſer namentlich für Dampfmaſchinen finden dieſe Federn vielfach Verwendung. Alle Federwagen aber haben den Nachteil, daß die Federn, wenn ſie häufig gebraucht werden, allmählich in ihrer Spannung nachlaſſen und ſchlaffer werden.
Ebenfalls zu den Wagen rechnet man ein Inſtrument, welches dazu dient, Dichten zu beſtimmen, das Aräometer oder die Senkwage. Dieſelbe beruht auf hydroſtatiſchen Prinzipien.
Jeder Körper verliert in einer Flüſſigkeit ſoviel an Gewicht, als das Volumen der von ihm verdrängten Flüſſigkeitsmenge wiegt, oder anders ausgedrückt: ein in eine Flüſſigkeit getauchter Körper wird mit einer Kraft emporgehoben, welche dem Gewicht der Flüſſigkeits - menge gleich iſt, welche durch den eingetauchten Teil des Körpers23Von den Wägungen.aus ſeiner Stelle verdrängt iſt. Dieſer Flüſſigkeitsauftrieb iſt abhängig von der Dichte der Flüſſigkeit, je dichter die Flüſſigkeit, um ſo größer der Auftrieb. Als Einheit der Dichte nimmt man die des Waſſers bei 4° C. Wenn man alſo von der Dichte eines Körpers ſpricht, ſo meint man die Zahl, welche angiebt, wieviel mal ſchwerer oder leichter der Körper iſt als Waſſer von 4°. Aräometer laſſen alſo zweierlei beſtimmen, einerſeits Volumina, andrerſeits Dichten. Man benutzt zwei Arten von Aräometern, Gewichtsaräometer und Skalenaräometer. Als Vertreter der erſten Gattung möge die Nicholſon’ſche Senkwage dienen (Fig. 18). Dieſelbe beſteht aus einem meſſingenen Hohlkörper B, der unten ein kleines Sieb trägt, oben ein feines Stäbchen mit einer ringsherum gehenden Marke und einem Schälchen A. Das In - ſtrument iſt ſo eingerichtet, daß es in Waſſer nur bis zum Anfang des Stäbchens eintaucht. Legt man einen Körper oben in die Schale, ſo wird es tiefer einſinken, man legt nun noch ſoviel Gewichte zu, bis die Marke O genau im Flüſſigkeitsſpiegel liegt. Nimmt man den Körper wieder herunter und legt ſo lange Gewichte auf, bis die Marke abermals den Flüſſigkeitsſpiegel trifft, ſo geben die zugelegten Gewichte die Schwere des Körpers. Thut man dann den Körper in das Sieb, ſo wird er leichter und abermals müſſen auf das Schälchen Gewichte gelegt werden, wenn die Senkwage bis zur Marke eintauchen ſoll. Damit hat man den
Nicholſons Aräometer.
Gewichtsverluſt im Waſſer, oder was daſſelbe iſt das Gewicht, welches ein dem Körper gleiche Waſſermenge hat. Wog der Körper im Schälchen 9 g, betrug der Gewichtsverluſt im Waſſer 3 g, ſo iſt das Volumen des Körpers 3 ccm, ſeine Dichte (ſpezifiſches Gewicht) 9 / 3 = 3.
Dieſes Verfahren iſt ein äußerſt umſtändliches und beſchwerliches, und da es noch andere beſſere Methoden zur Volumen - und Dichten - beſtimmung giebt, ſo ſind die Nicholſon’ſchen Wagen wenig in Gebrauch. Das erſte Gewichtsaräometer erfand übrigens Moncong, Arzt in Lyon († 1665), es wurde dann von Fahrenheit in vollkommenerer Geſtalt eingeführt, doch iſt Nicholſons Form die beſte.
Weit bequemer als die Gewichtsaräometer ſind die jetzt mehr in Aufnahme kommenden Skalenaräometer, die darauf beruhen, daß ein Körper, deſſen Gewicht unveränderlich bleibt, in Flüſſigkeiten von ver - ſchiednem ſpezifiſchen Gewicht verſchieden tief einſinkt. An einen cylindriſchen hohlen Glaskörper iſt unten ein Glasgefäß angeblaſen, das mit Queck - ſilber gefüllt iſt, damit der Schwerpunkt des ganzen Inſtrumentes möglichſt tief liege, das Aräometer alſo möglichſt ſenkrecht ſchwimme. Oben läuft der Glaskörper in eine feine cylindriſche Röhre, die Spindel aus, welche im Innern eine Skala trägt. Der Anfang der Skalen -24Die Erfindung der Maße und Gewichte.aräometer iſt bis in das hohe Altertum hinein zu verfolgen; ſicher iſt, daß ſchon Archimedes († 212 v. Chr.) ein gut konſtruirtes Aräometer von Blech mit einer in Grade geteilten Skala entweder erfand oder mindeſtens gebrauchte. In Deutſchland wurden ſie beſonders zur Beſtimmung des Salzgehaltes der Sole benutzt, und als hölzerne Cylinder, unten mit Blei ausgegoſſen, hergeſtellt. Jetzt dienen ſie den allerverſchiedenſten Zwecken. Ein Normalinſtrument ſtellt man in der Weiſe her, daß man von einer Flüſſigkeit ſich auf irgend eine Weiſe das ſpezifiſche Gewicht beſtimmt, dann das Aräometer in dieſelbe Flüſſigkeit hineinſenkt und dem Punkt, bis zu welchem das Aräometer eintaucht, die Bezeichnung des ſpezifiſchen Gewichts der Flüſſigkeit beifügt. In einer leichteren Flüſſigkeit hat das Aräometer geringeren Auftrieb, wird alſo tiefer einſinken, in einer ſchwereren weniger tief. Steckt man z. B. ein Aräometer zuerſt in Waſſer, ſo wird man den Punkt bis zu dem es einſinkt mit 1,00 bezeichnen, in Petroleum ſinkt es tiefer ein bis zu einem Punkte der entſprechend der Dichte der Flüſſigkeit die Bezeichnung 0,82 erhalten würde. Hat man ſich auf dieſe Weiſe ein ſolches Inſtrument hergeſtellt, ſo kann man wieder umgekehrt, wenn man dasſelbe in eine Flüſſigkeit eintaucht, ſofort das ſpezifiſche Gewicht an der Skala ableſen. Dies Verfahren iſt ſo einfach und geht ſo leicht und ſchnell vor ſich, daß die Skalenaräometer die weiteſte Verbreitung gefunden haben. Ebenſo wie für ſpezifiſche Ge - wichte kann man die Aräometer natürlich auch für Prozente einrichten und je nach der Flüſſigkeit für welche ſie beſtimmt ſind, tragen ſie verſchiedene Namen. So zeigt ein Gewichtsalkoholometer, wieviel Gewichtsteile Alkohol in hundert Gewichtsteilen einer Miſchung von Alkohol mit Waſſer enthalten ſind, ein Saccharimeter wieviel Gewichtsteile Zucker in hundert Gewichtsteilen einer Zuckerlöſung ſich befinden u. ſ. w., kurz faſt auf allen Gebieten, wo es ſich um die Wertbeſtimmung von Flüſſigkeiten durch die Dichte derſelben handelt, trifft man auf Skalen - aräometer.
Alle Körper haben die Eigenſchaft, bei der Erwärmung ſich auszu - dehnen, bei der Erkaltung ſich wieder zuſammenzuziehen, wie ſchon mehr - fach erwähnt wurde. Dieſe Thatſache war ſchon im Altertum bekannt, aber erſt im 16. Jahrhundert kam der Holländer Cornelius Drebbel auf den Gedanken, dieſelbe nun auch zu der Meſſung der Wärme anzuwenden. Das Drebbelſche Inſtrument beſtand aus einer dünnen Glasröhre, an welche oben eine Kugel angeblaſen war, das untere offene Ende war in ein Gefäß geſteckt, in welchem ſich eine Löſung von Kupfer in ver - dünntem Scheidewaſſer befand. In Folge des Luftdrucks (ſiehe auch Seite 29) drang die Flüſſigkeit in die Röhre bis zu einer gewiſſen Höhe; wurde aber die Luft in der Kugel erwärmt, ſo dehnte ſie ſich aus und zwang die Flüſſigkeit zu ſinken; bei abnehmender Wärme zog25Die Apparate zur Wärmemeſſungſich die Luft wieder zuſammen und die Flüſſigkeit konnte ſteigen. Die Höhe der Flüſſigkeitsſäule konnte man an einer Skala ableſen und alſo die Wärme in Teilen dieſer Skala angeben.
Das Thermometer in ſeiner heutigen Form iſt eine Erfindung der Florentiner Akademie oder der Academia del Cimento. Es beſtand aus einer Kugel mit einer ſogenannten Thermometerröhre, war mit Weingeiſt gefüllt und auf einer Skala befeſtigt, welche in Folge der Ausdehnung oder Zuſammenziehung dieſer Flüſſigkeit die Vermehrung oder Verminderung der Wärme anzeigte. Hier wurde alſo bereits die Ausdehnung von Flüſſigkeiten benutzt und noch heute ſind im praktiſchen Leben alle, im Laboratorium die meiſten Thermometer mit Queckſilber oder Alkohol gefüllt. Man nimmt hierbei an, daß die genannten Flüſſigkeiten ſich ſehr gleichmäßig mit der Temperatur ausdehnen. Dies iſt nur in beſchränktem, aber für die Praxis im allgemeinen aus - reichendem Maße richtig. Beide Flüſſigkeiten haben ihre Vorzüge und ihre Nachtheile. Queckſilber gefriert bereits bei — 38° C., es wird dann feſt; alſo unterhalb dieſer Temperatur kann nur ein Weingeiſt - thermometer angewendet werden. Andrerſeits ſiedet der reine Weingeiſt bereits bei 78,3°C. ; er verwandelt ſich in Dampf; alſo oberhalb dieſer Grenze kann nur ein Queckſilberthermometer benutzt werden; Queck - ſilber ſiedet erſt bei 360°; darüber hinaus bedient man ſich der Gas - thermometer.
Die Inſtrumente der Akademie bedeuteten allerdings einen Fort - ſchritt, aber ihre Skala war eine ganz willkürliche; ſollten die Thermo - meter einen praktiſchen und wiſſenſchaftlichen Wert erlangen, ſo mußte eine Einheit für dieſe Skala geſchaffen werden und ein Ausgangspunkt, von dem man zählte. Was lag näher, als daß man auch hierbei die Eigenſchaften des Waſſers benutzte, des Körpers, der im täglichen Leben eine ſo hervorragende Rolle ſpielte. Drei Forſcher verſuchten die Löſung der Aufgabe. Als erſter Fahrenheit in Danzig um das Jahr 1714. Dieſer ſteckte ſein Thermometer in eine Miſchung von Schnee und Salz und nannte den Punkt, an welchem die Flüſſigkeit ſich einſtellte, 0, dann ſteckte er dasſelbe Thermo - meter in ſiedendes Waſſer und bezeichnete dieſen Siedepunkt mit 212. Damit war die Willkür noch nicht behoben, denn durch die Einführung der Salzſchneemiſchung war wieder eine Künſtelei hineingebracht. Réaumur und Celſius nahmen beide als erſten feſten Punkt die Temperatur des ſchmelzenden Eiſes, die ſich überaus lange konſtant erhält, ſo lange, wie überhaupt in dem Schmelzwaſſer noch Eis vorhanden iſt; den zweiten Fixpunkt wählten ſie in Ueberein - ſtimmung mit Fahrenheit. Réaumur teilte das Intervall zwiſchen dem Gefrierpunkt und dem
Die drei Thermometerſkalen.
26Die Erfindung der Maße und Gewichte.Siedepunkt in 80, Celſius in 100 Grade. Wir haben alſo heute 3 Thermometerſkalen: die Fahrenheitſche mit 212 Graden zeigt bei der Temperatur des ſchmelzenden Eiſes + 32°, beim Siedepunkt 212 (Fig. 19), die Réaumurſche zeigt entſprechend 0 und 80°, die Celſiusſche, in ihrer heutigen Form Zenteſimal - oder hundertteilige Skala genannt, entſprechend 0 und 100°. Die Wärmegrade über 0 werden mit +, diejenigen unter 0 mit — bezeichnet. Die Fahrenheitſchen Thermometer haben den Vorzug, daß die in unſeren Breiten üblichen Kältegrade faſt durchweg über 0 liegen, ſind aber ſonſt höchſt unpraktiſch; ſie werden in England und Amerika benutzt. Reaumurſche Thermometer haben ſich beſonders in Deutſchland eingeführt; Celſius hat mit der Hundert - teilung das allein Richtige getroffen und iſt deshalb auch allein von der Wiſſenſchaft angenommen.
Von einem guten Thermometer verlangt man, daß die Fixpunkte gut eingeſtellt ſind, und das Intervall zwiſchen denſelben richtig geteilt iſt, kurz, daß es richtige Angaben mache. Daneben ſoll es aber auch möglichſt empfindlich ſein, d. h., es ſoll die Temperatur der Umgebung möglichſt ſchnell annehmen und einer geringen Temperaturänderung ſoll eine möglichſt große Änderung der Höhe der Flüſſigkeitsſäule, ent - ſprechen. Erſteres erreicht man, wenn die Wandungen des Thermometer - gefäßes, der Thermometerkugel möglichſt dünn gemacht werden, letzteres, wenn man das Gefäß möglichſt groß und die Röhre, die Kapillare, möglichſt eng wählt. Soll das Thermometer richtig zeigen, ſo muß ferner die Kapillare genau kalibriſch d. h. von Anfang bis zum Ende innen gleich weit ſein, und endlich darf keine Luft eingeſchloſſen ſein. Iſt nicht alle Luft entfernt, ſo wird ſie beim Anſteigen der Flüſſig - keitsſäule zuſammengepreßt und übt auf dieſelbe einen Druck aus, die Flüſſigkeit kann alſo nicht ſo hoch ſteigen, wie es dem Wärmegrad der Umgebung entſpricht. In Frankreich pflegt man die Teilung auf der Kapillarröhre ſelbſt anzubringen, (Stabthermometer), während man in Deutſchland die Kapillare noch mit einer weiteren Röhre umhüllt, in welcher hinter der Kapillare eine Milchglasſkala befeſtigt iſt (Umſchluß - thermometer). Bei den gewöhnlichen Thermometern iſt die Kapillare auf einer Holz -, Milchglas - oder Metall-Elfenbein - u. ſ. w. Skala befeſtigt, nur die Badethermometer ſind meiſt Umſchlußthermometer.
Neben den Flüſſigkeitsthermometern haben auch Metallthermometer Eingang gefunden. Am einfachſten wäre es, hinter einem Metallſtab eine Skala anzubringen und die Länge des Stabes bei verſchiedenen Temperaturen abzuleſen, wie man die Höhe der Flüſſigkeitsſäule ablieſt. Die Ausdehnung des Metalles iſt indeſſen zu gering, ſo daß kleinere Wärmeänderungen überhaupt nicht bemerkbar werden würden. Man lötet daher zwei Metallſtreifen von ungleicher Ausdehnung in Form einer Spiralfeder zuſammen, ſo daß das Metall mit ſtärkerer Aus - dehnung ſich außen befindet, das mit geringerer Ausdehnung auf der inneren Seite, dann wird die Krümmung der Spirale vergrößert bei27Die Apparate zur Wärmemeſſung.Temperaturerhöhung, verringert dagegen bei Temperaturerniedrigung. Iſt dann die Spirale an einem Ende befeſtigt, ſo kann nur das andere Ende eine Bewegung ausführen und ein an demſelben befeſtigter Zeiger, der über einer kreisförmigen Skala ſich bewegt, zeigt die Temperaturänderungen. Die Teilung der Skala kann durch Ver - gleichung mit einem Queckſilber - thermometer hergeſtellt werden. Breguet, der berühmte Erfinder der Kompenſationsſpiralen bei Uhren, wendete für thermome - triſche Zwecke eine Spirale an, (Fig. 20), welche aus Silber und Gold oder Platin zuſammengelötet war, ſo zwar, daß Silber außen und Platin innen war. Neben der Breguetſchen Form giebt es noch eine ganze Reihe anderer Konſtruktionen von Metallthermo - metern.
Ebenſo wie man die Aus - dehnung der feſten und flüſſigen
Metallthermometer.
Körper zur Meſſung von Wärmeunterſchieden benutzt, kann man natürlich auch die der luftförmigen verwerthen, und ebenſo wie man Metallthermo - meter und Flüſſigkeitsthermometer in Anwendung bringt, hat man auch Luftthermometer konſtruirt. Dieſe ſind ſogar die einzigen, welche ziemlich für alle Temperaturen gleichmäßig ſich verwerthen laſſen. Die Gaſe dehnen ſich faſt genau gleichmäßig mit der Temperatur aus und zwar alle in gleicher Weiſe für jeden Temperaturgrad um 1 / 273 des von ihnen bei 0° erfüllten Raumes. Daraus folgt, daß bei — 273° das Volumen der Gaſe theoretiſch gleich 0 ſein müßte, ſie wären bis auf ein Nichts zuſammengezogen; man nennt daher die Tempe - ratur — 273° C. den abſoluten Nullpunkt. Die Temperaturmeſſungen ſelbſt mit dem Luftthermometer ſind nicht einfach, ſondern erfordern phyſikaliſche Kenntniſſe und mancherlei Rechnungen, dieſe Inſtrumente finden daher auch nur in Laboratorien und auch da nur für ſpezielle Unterſuchungen Anwendung.
Die Erde iſt rings umhüllt von einem Luftmeere, der Atmoſphäre, das ſich weit in den Weltenraum hinaus erſtreckt und allmählich immer dünner und dünner werdend, eine Höhe von etwa 75 bis 80 Kilometern erreicht. Früher hielt man die Luft für gewichtslos, aber daß die - ſelbe ebenſo dem Geſetz der Schwere unterworfen iſt, wie jeder andere Körper, davon kann man ſich durch einen ſehr einfachen Verſuch28Die Erfindung der Maße und Gewichte.überzeugen. Man wägt ein durch einen Hahn luftdicht abgeſchloſſenes Gefäß zunächſt ſo ab, wie es iſt; dann öffnet man den Hahn und ſaugt die Luft mit einer Luftpumpe oder dem Munde vollkommen aus, ſchließt ſchnell den Hahn, damit keine Luft wieder eindringt, und wägt abermals und man wird ſich ſofort überzeugen, daß für jeden Liter Luft das Gefäß um 1,2 g leichter geworden iſt. Wog es mit Luft 3 kg und hatte es 10 l Inhalt, ſo wiegt es nachher nur noch 2988 g, die ausgepumpte Luft wiegt alſo 12 g.
Als einſt die Brunnenmacher in Florenz in einem Brunnenſaug - rohre das Waſſer über 32 Fuß hoch heben wollten, bemerkten ſie zu ihrem nicht geringen Erſtaunen, daß das Waſſer nicht höher ſteigen wollte, ſie mochten noch ſo viel pumpen. Man erklärte damals das Aufſteigen der Flüſſigkeit in Pumpen in der Weiſe, daß man meinte, wenn über dem Waſſer die Luft weggeſaugt werde, ſo ſteige das Waſſer nach, weil die Natur eine Angſt vor leeren Räumen habe (horror vacui). Dieſer horror vacui ſchien alſo in einer Höhe von 32 Fuß
Kommunizierende Röhren.
ſein Ende gefunden zu haben. Galilei, den man um Rat fragte, glaubte ſchon damals nicht an dieſe Erklärung der Brunnenbauer und glaubte in der Schwere der Luft den richtigen Beweggrund gefunden zu haben; aber erſt ſein Schüler Torricelli, geb. 1643, brachte entſcheidende Beweiſe dafür und erfand auch gleichzeitig ein Inſtrument, den Luftdruck zu beſtimmen, das Barometer. Nach einem phyſi - kaliſchen Geſetz, demjenigen der kommunizierenden Röhren, halten ſich zwei Flüſſigkeitsſäulen das Gleichgewicht, wenn die Höhen der beiden Säulen ſich umgekehrt verhalten, wie die ſpezifiſchen Gewichte. Dies Geſetz läßt ſich leicht durch einen Verſuch beweiſen. Füllt man in eine zweiſchenklige Röhre (Fig. 21) zunächſt Queckſilber, ſo ſtellt die Flüſſigkeit ſich in beiden Schenkeln ſo ein, daß die Höhen der Flüſſigkeits - ſäulen genau dieſelben ſind, denn die Flüſſigkeit iſt in beiden Schenkeln dieſelbe. Füllt man aber jetzt in den längeren Schenkel Waſſer, ſo tritt folgendes ein. Denkt man ſich durch die Berührungsſtelle von Queckſilber und Waſſer eine horizontale Linie gezogen, A B, ſo iſt alles Queckſilber unter A B für ſich im Gleichgewicht, die Höhe der Waſſer - ſäule B F iſt aber 13,6 mal ſo groß als die Höhe der Queckſilberſäule A E im anderen Schenkel, weil das ſpezifiſche Gewicht des Queckſilbers 13,6 mal ſo groß iſt, als das des Waſſers. Die Weite der Schenkel übt dabei auf den Erfolg des Experimentes keinen Einfluß aus. Von dieſen Thatſachen ging Torricelli aus.
Man kann den eben beſchriebenen Verſuch auch in anderer Weiſe anordnen. In ein beliebig großes Gefäß gießt man erſt Queckſilber, darüber Waſſer. Dann füllt man eine offene Röhre mit Queckſilber und indem man die untere Öffnung mit dem Finger ſchließt, ſenkt29Die Apparate zur Meſſung des Luftdrucks.man die Röhre ſo tief in die Flüſſigkeit, daß die untere Öffnung voll - kommen in das Queckſilber eintaucht. Läßt man jetzt den Finger los, ſo ſtellt ſich das Queckſilber in der Röhre wieder ſo ein, daß ſeine Höhe 13,6 mal geringer als die des Waſſers in dem umgebenden Gefäße iſt. Genau ſo liegen die Verhältniſſe mit der Luft. Die Atmoſphäre iſt gleichſam ein mit Luft gefülltes Gefäß. Die Luft hält einer Waſſerſäule von 32 Fuß das Gleichgewicht, würde man alſo in eine Brunnenröhre in der das Waſſer ſo hoch ſteht, noch Waſſer hineingießen, ſo würde dieſes den Flüſſigkeitsſtand doch nicht erhöhen, ſondern es müßte unten ebenſo viel Waſſer abfließen. Torricelli ſagte ſich, wenn die Luftſäule wirklich einer Waſſerſäule von 32 Fuß das Gleichgewicht hält, ſo muß ſie einer Queckſilberſäule von 32 / 13,6 Fuß = 28 Zoll ebenfalls das Gleichgewicht halten, denn Queckſilber iſt 13,6 mal ſchwerer wie Waſſer. Er füllte daher ein Gefäß A (Fig. 22) mit Queckſilber, ebenſo eine oben zugeſchmolzene Röhre, deren offenes Ende er mit dem Finger zuhielt. Drehte er nun die Röhre um und tauchte ſie mit dem offenen Ende in das Queckſilber des Gefäßes, ſo ſtellt ſich, nachdem er den Finger losgelaſſen hatte, das Queck - ſilber in der Röhre ſo ein, daß die Kuppe 28 Zoll, gleich 760 mm, höher ſtand wie das Niveau des Queckſilbers im Gefäß. Über der Kuppe blieb ein luftleerer Raum, die Torricelliſche Leere. Damit war ein Inſtrument erfunden, welches geſtattete, jederzeit den Luftdruck zu meſſen. Natürlich kann auch jede andere Flüſſigkeit benutzt werden, ſo hatte Otto von Guericke, der berühmte Erfinder der Luftpumpe ſich an ſeinem Hauſe ein 35 Fuß langes Waſſerbarometer an - bringen laſſen, die Seewarte in Hamburg beſitzt ein etwa
Torricellis Verſuch.
9 m langes Glycerinbarometer, aber wegen ſeiner verhältnismäßig geringen Länge und ſeiner Handlichkeit bleibt das Queckſilberbarometer doch das am meiſten benutzte.
Ein gutes Barometer muß drei Bedingungen genügen. 1. Muß das Queckſilber ſehr rein ſein, denn unreines Queckſilber hat ein anderes ſpezifiſches Gewicht, würde ſich alſo falſch einſtellen, 2. muß die Röhre genau ſenkrecht ſtehen, weil ſonſt die Höhe der Säule falſch gemeſſen wird, 3. muß der Raum über dem Queckſilber unbedingt luftleer ſein. Die in der Röhre oben eingepreßte Luft würde ſonſt einen Druck auf die Säule ausüben und ſomit den Barometerſtand niedriger machen, als dem Luftdruck entſpricht.
Bei den heutigen Barometern unterſcheidet man zwei Hauptformen, Gefäßbarometer und Heberbarometer. Die einfachſte Form des Gefäß - barometers iſt diejenige, wie ſie eben bei dem Torricelliſchen Verſuch beſchrieben wurde, ein Gefäß mit Queckſilber und eine möglichſt gleichmäßig weite Röhre von etwa 800 mm Länge. Um dieſes einfache Inſtrument transportabel und brauchbar zu machen, iſt nur noch nötig, Gefäß und30Die Erfindung der Maße und Gewichte.Röhre feſt mit einander zu verbinden und hinter der Röhre eine feſte Skala anzubringen, welche die Röhre hält und eine Ableſung der Höhe der Queckſilberſäule ermöglicht. Der Nullpunkt der Skala muß natürlich mit dem Niveau des Queckſilbers im Gefäß zuſammenfallen, denn die
Heberbarometer.
Höhe der Säule über dieſem Niveau iſt es ja, die ge - meſſen wird. Barometer dieſer einfachſten Konſtruktion werden noch jetzt jährlich zu vielen Tauſenden angefertigt und verkauft, ſie haben nur einen Fehler. Wenn — beim Herannahen ſchönen Wetters — der Luftdruck ſich ver - größert, ſo ſteigt Queckſilber aus dem Gefäße in die Röhre, dadurch muß bei ſteigendem Barometer das Niveau im Gefäße fallen, der Nullpunkt der Skala liegt dann über dem Niveau und da ja an der Skala nur Abſtände von dem Nullſtriche gemeſſen werden können, ſo erhält man einen zu geringen Barometerſtand. Das Umgekehrte findet bei fallendem Barometer ſtatt. Nun ſucht man freilich dieſem Übelſtande zu begegnen dadurch, daß man das Gefäß möglichſt groß wählt, denn wenn der horizontale Querſchnitt des Gefäßes 10 mal ſo groß iſt, wie der der Röhre, ſo werden auch die Höhenſchwankungen im Gefäß nur 1 / 10 von denjenigen in der Röhre ſein. Man macht auch die Skale beweglich und verſchiebt ſie vor der Ab - leſung ſo lange bis der Nullpunkt derſelben wieder mit dem Niveau im Gefäß zuſammenfällt; die beſte Konſtruktion iſt indeſſen die von Fortin benutzte, wie ſie Fig. 24 zeigt. Der Boden des Barometergefäßes iſt hier durch einen Lederſack gebildet, gegen welchen von unten her der abge - rundete Kopf der Schraube s drückt. Je nachdem man die Schraube s rechts oder links dreht, wird der Leder - beutel und das Niveau im Gefäß gehoben oder geſenkt. Am Deckel des Gefäßes iſt ein unten zugeſpitzter Elfen - beinſtift r angebracht, deſſen Spitze genau im Nullpunkt der Skala liegt. Vor jeder Einſtellung wird durch Drehen der Schraube die Oberfläche des Queckſilbers ſo lange ge - hoben oder geſenkt, bis die Spitze eben den Queckſilber - ſpiegel berührt. Das Rohr dieſer Fortinſchen Barometer iſt rings von einer vernickelten Meſſinghülſe umgeben, in welche oben, einander gegenüber liegend zwei Schlitze ein - geſchnitten ſind, durch welche man die Kuppe ſehen kann. Die Meſſinghülſe trägt eine Skala, deren Nullpunkt eben mit der Spitze zuſammenfällt. Zum beſſeren Ableſen iſt auf dem geteilten Meſſingrohr noch eine Hülſe aus gleichem Metall aufge - ſchoben, ebenfalls mit zwei Schlitzen, die aber ſo breit ſind, daß neben der Kuppe auch die Teilung noch ſichtbar wird. Beim Beobachten ſchiebt man dieſe Hülſe ſo, daß die beiden oberen genau in gleicher Höhe liegen -31Die Apparate zur Meſſung des Luftdrucks.den Ränder der Schlitze, mit dem oberſten Punkt der gewölbten Queck - ſilberkuppe in gleiche Höhe kommen. Mit Hülfe des an der vorderen Seite des Schlitzes des Schiebers augebrachten Nonius ſind dann ſehr genaue Ableſungen zu machen. Angegeben wurde die Benutzung des beweglichen Bodens zur Einſtellung des Queck - ſilberſpiegels zuerſt von Horner.
Die Heberbarometer beſtehen nur aus einem einzigen Rohr, welches Uförmig umgebogen iſt: der eine längere Schenkel iſt natürlich geſchloſſen, während der kürzere Schenkel offen iſt. Beim Heberbarometer machen ſich die Höhenſchwank - ungen der Queckſilberſäule in den beiden Schenkeln in genau gleicher Weiſe bemerkbar, in jedem Schenkel aber nur mit der Hälfte der Luftdruck - wirkung; beim Gefäßbarometer wurde der ganze Effekt nur im Rohre ſichtbar, während im Gefäß nur geringe Niveaudifferenzen eintraten. Beim Heberbarometer müſſen daher zwei Kuppenhöhen gemeſſen werden, deren Differenz den Barometer - ſtand ergiebt. Es giebt drei verſchiedene Kon - ſtruktionen. 1. Das Rohr und die Skala ſind feſt; bei dieſen Inſtrumenten iſt häufig die Teilung direkt auf die Schenkel ſelbſt aufgeätzt. 2. Die Skala iſt feſt und das Rohr läßt ſich vor der Skala in vertikaler Richtung auf - und abbewegen. Endlich kann 3. das Rohr feſt und die Skala beweglich ſein. Fig. 23 ſtellt ein Barometer der zweiten Konſtruktion vor. Dieſe, ſowie die dritte, haben den Vorteil, daß nur die Höhe einer Kuppe abgeleſen zu werden braucht, da durch Heben oder Senken der Skala bez. des Rohres, die zweite Kuppe im kürzeren Schenkel auf den Nullſtrich eingeſtellt werden kann. Um die Konſtruktion möglichſt bequem transportabler Inſtrumente haben ſich beſonders Gay-Luſſac und in jüngſter Zeit Fueß Ver - dienſte erworben.
Fortinſches Barometer.
Ganz ſo wie man den Druck der Luft mißt, kann man natürlich auch den Druck beliebiger Gaſe in einem Gefäße meſſen, aus dem Barometer wird dann ein Manometer. Von beſonderer Wichtigkeit ſind dieſe Inſtrumente für Dampfmaſchinen, bei denen ſie dazu dienen, den32Die Erfindung der Maße und Gewichte.Druck anzugeben, der im Innern der Dampfkeſſel herrſcht. Man unter - ſcheidet auch hier Gefäßmanometer und Hebermanometer. Die einfachſten Hebermanometer beſtehen aus einer offenen Uförmig gebogenen Glas - röhre. Das eine Ende des Manometers wird luftdicht, ſei es mittelſt eines Korkes oder einer Verſchraubung auf eine entſprechende Öffnung des Gasbehälters aufgeſetzt und dann die gebogene Röhre mit einer Flüſſigkeit gefüllt. So lange der Druck, der aus dem Keſſel heraus auf die Flüſſigkeitsſäule wirkt, nicht größer iſt, als der Druck der Luft, der im anderen Schenkel wirkt, bleiben die Flüſſigkeitsſäulen in beiden Schenkeln gleich hoch, ſobald aber der Druck im Gasgefäß ſich ver - größert, muß die Flüſſigkeit in dem einen Schenkel ſinken, während ſie in dem andern entſprechend ſteigt. Im erſteren Falle ſagt man, der Druck des Gaſes betrage 1 Atmoſphäre. Genauer verſteht man unter 1 Atmoſphärendruck den Druck, den die Luft am Meere ausübt; derſelbe hält, wie ſchon beim Barometer geſagt wurde, einer 760 mm langen Queckſilberſäule das Gleichgewicht. Eine ſolche Säule, deren Grund - fläche 1 qcm beträgt, hat einen Inhalt von 76 ccm, wiegt daher 1,033 kg.
Gefäßmanometer
In einem Dampfkeſſel alſo, in dem ein Druck von 1 Atmoſphäre herrſcht, hat jedes Quadratzenti - meter der Wandung einen Druck von 1,033 kg auszuhalten. Steht die Flüſſigkeit im offenen Schenkel doppelt ſo hoch wie in dem an den Keſſel angeſchloſſenen Schenkel, ſo iſt im Keſſel ein Druck von 2 Atmoſphären u. ſ. w.
Das Gefäßmanometer hat die Form wie Fig. 25. Das Rohr r führt nach dem Keſſel, der Druck des durch r in das Gefäß gelangenden Keſſelgaſes bewirkt ein Anſteigen der Flüſſigkeit in dem luftdicht aufgekitteten Rohre. Wie beim Gefäßbarometer finden im Gefäße ſelbſt nur geringe Niveauſchwankungen ſtatt, während der ganze Druckeffekt durch das Aufſteigen der Flüſſigkeits - ſäule im Rohre zu Tage tritt. Dieſe eben geſchilderten Manometer ſind offene.
Bei ſehr hohen Drucken wird das offene Manometer unbequem lang, man wendet daher ein Manometer an, bei dem die Flüſſigkeit in eine oben geſchloſſene Röhre getrieben wird, das geſchloſſene oder Kompreſſionsmanometer. Hier ſetzt die über der Flüſſigkeit ein - geſchloſſene Luft, dadurch, daß auch ſie zuſammengedrückt wird, dem Anſteigen der Flüſſigkeit einen ſehr erheblichen, mit der Vergrößerung des Druckes immer mehr ſich ſteigernden Widerſtand entgegen. Wird die Luft auf ein Achtel ihres Volumens komprimiert, ſo übt ſie auch ihrerſeits einen Druck von 8 Atmoſphären aus.
Man kann den Überdruck im Dampfkeſſel auch auf eine Feder wirken laſſen, deren Zuſammendrückung oder Durchbiegung an einer geeigneten Skala abgeleſen werden kann.
33Meſſen des Druckes eingeſchloſſener Gaſe.Eine geſchloſſene gekrümmte Metallröhre verringert ihre Krümmung, wenn der Druck in derſelben zunimmt, und umgekehrt. Hierauf beruht das Bourdonſche Metallmanometer, das auf Lokomotiven vielfach benutzt wird.
Nach demſelben Prinzip iſt auch ein Barometer konſtruiert, das eine ſehr große Verbreitung gefunden hat, das Aneroidbarometer. Ein luftleer gemachtes, dünnwandiges Rohr A B C (Fig. 26) iſt in der Mitte bei B auf der Bodenplatte des Ge - häuſes befeſtigt, im übrigen aber frei. Wenn der Luftdruck abnimmt, ſo ent - fernen ſich die beiden Enden A C des Rohres von einander, weil die Krümmung ebenfalls abnimmt, und bewegen dadurch einen gezahnten Hebel hik, deſſen Bewegung wiederum mittels eines Triebes auf den Zeiger übertragen wird. Bei zunehmendem Luftdruck krümmt ſich die Röhre ſtärker, und der Zeiger bewegt ſich in ent - gegengeſetzter Richtung.
Soll die Röhre als Manometer benutzt werden, ſo iſt das Ende A be -
Aneroidbarometer.
feſtigt und mit dem Keſſelraum durch eine Leitung verbunden, das Ende C iſt frei. Strömt dann ſtark geſpannter Dampf aus dem Keſſel in die Bourdonſche Röhre, ſo wird ſie durch den Druck desſelben mehr geſtreckt und das Ende C nach rechts bewegt. Ein geeignetes Hebel - werk überträgt auch hier dieſe Bewegung auf einen Zeiger, der ſich vor einer Kreisſkala bewegt.
Die erſte Idee zu einem Manometer gab Ziegler mit ſeinem ſog. Elaterometer, nach welchem Bétancourt um 1790 ſeinen Dampfmeſſer konſtruierte.
Wie das Bedürfnis, ſich über die Größe der Dinge ein genaues Urteil zu bilden, die Menſchen frühzeitig zur Erfindung der Längen - maße führte, ſo läßt ſich auch die Zeitmeßkunſt in ihren Urſprüngen bis in die älteſten Kulturepochen verfolgen. Den Wunſch, die Länge der verfließenden Zeit zu meſſen, befriedigten vorerſt wohl die natür -Das Buch der Erfindungen. 334Erfindung der Zeitmeßapparate.lichſten Zeitmeſſer, nämlich die Geſtirne. Die Sonne erreichte ſtets nach Verlauf derſelben Zeit[i]hren höchſten Punkt am Himmel und ſo gab die Zeit von einem Mittag zum andern das erſte Zeitmaß, den Sonnen - tag; der Mond wechſelte ſein Licht gleichfalls in regelmäßigen Perioden und wenn er wieder in erneuter Fülle am Himmel ſtrahlte, ſo war die Zeit eines Monats vorbei. Die Sonne änderte von Tag zu Tage die Höhe, welche ſie bei ihrem Wege über den Himmel erreichte. Niemand konnte es entgehen, daß die Jahreszeiten die einfache Folge dieſer Änderungen waren. Wenn in der Entwickelung der Pflanzen - welt dieſelben Erſcheinungen wiederkehrten, ſo war die Sonne daran ſchuld, die jetzt dieſelbe Höhe erlangt hatte, wie vor einem großen Zeit - raum, den man das Jahr nannte. So gaben der Wechſel von Tag und Nacht und derjenige der Jahreszeiten mit ihren vielfachen, ſo unmittelbaren Wirkungen, denen niemand ſich entziehen kann, die natür - lichſten Maße für die Zeit, den Tag und das Jahr. Aber recht bald wird ſich auch das Bedürfnis geltend gemacht haben, innerhalb des einzelnen Tages die Zeitpunkte genau feſtzuſtellen, die den Beginn und das Ende der Arbeit markierten und die für die Nahrungsaufnahme feſtgeſetzten Pauſen inne zu halten. Auch hierfür war die Sonne der beſte Wegweiſer. Wenn der Schatten eines beſtimmten Körpers eine gewiſſe Länge erreichte oder in eine gewiſſe Richtung