De Tijdspiegel. Jaargang 32
(1875)– [tijdschrift] Tijdspiegel, De– Auteursrechtvrij
[pagina 128]
| |
Gemeenzame brieven van een vriend der natuur.
| |
[pagina 129]
| |
kingskracht der aarde of de zwaartekracht van deze wet slechts een bijzonder geval is, zal wel geen nader betoog behoeven. De aarde is omgeven door eene luchtlaag, welke zich volgens berekeningen ongeveer 75 kilometers hoog uitstrekt. Die luchtlaag, aangetrokken door de massa der aarde, zal zwaarte hebben, m.a.w. zij zal op de voorwerpen aan de oppervlakte der aarde eene drukking uitoefenen, die wij kunnen meten. Men neemt daarvoor eene glazen buis die van boven gesloten is en ongeveer eene lengte heeft van 1 M. Deze buis, geheel met kwik gevuld, wordt met haar open uiteinde in een bak met kwik geplaatst. Men zal weldra bemerken, dat de kwikkolom in de buis zakt en spoedig stationair wordt. De kolom is dan ongeveer 760 m.m. hoog. Boven in de buis is een luchtledig ontstaan, het bekende ‘Torricellische luchtledig.’ Drukte de lucht niet op de kwikmassa in den bak, dan was er geene enkele reden waarom de kwikkolom die hoogte zou bereiken; juist door het verschil in drukking moet het kwik in de buis zoo hoog staan, m.a.w. omdat op het kwik in de buis niets drukt, moet de zwaarte van de kolom de drukking aangeven van de lucht op het kwik buiten de buis, beide natuurlijk herleid tot eenzelfde oppervlakte. Door de hoogte van de kwikkolom (760 m.m.) te vermenigvuldigen met het specifieke gewicht (13,596) van het kwik verkrijgen wij, dat de lucht met eene kracht van 1.032296 KG. drukt op een vierkant cM. Men is gewoon deze drukking te noemen eene dampkringsdrukking of de drukking van ééne atmosfeer. Zoo spreekt men van eene drukking van 2, 3 en meer atmosfeeren als de drukking 2, 3 of meermalen bovengenoend gewicht bedraagt. Wij stelden de hoogte van de kwikzuil op 760 m. M. Gewoonlijk dragen deze hoogte en de daaruit volgende drukking namen van normale hoogte en normale drukking. Door verschillende omstandigheden kan die drukking veranderen; de veranderingen worden aangegeven door den barometer. Nog een paar andere verschijnselen, die in verband staan met luchtdrukking, moet ik aanstippen, Amice; heb daarom de goedheid mij bij het onderstaande te volgen. Stel U eene ruimte voor, een glazen ballon bijv., die opgevuld is met zeer kleine stoffelijke deeltjes, die wij atomen zullen noemen en welke een schommelende en voortgaande beweging hebben. Onophoudelijk zal een zeker aantal atomen tegen de wanden van den ballon aanslaan, waardoor eene drukking op de wanden zal worden uitgeoefend. Denk U nu, dat het aantal atomen tweemaal grooter wordt, dan is het duidelijk, dat in denzelfden tijd ook 2 maal meer stooten tegen de wanden zullen komen en derhalve de drukking op de wanden 2 maal grooter zal worden. Of wat op hetzelfde neerkomt, stel dat het oude aantal atomen tot tweemaal geringere ruimte wordt samengeperst, dan zal op de insluitende wanden om dezelfde reden ook tweemaal grootere drukking worden uitgeoefend. Welnu, ik heb eene U-vor- | |
[pagina 130]
| |
mige buis die overal even wijd en waarvan een der armen veel langer is dan de andere. Voorzichtig doe ik er kwik in totdat het in beide armen even hoog staat. De boven afgeslotene ruimte van den kleinsten arm bevat nu eene zekere hoeveelheid lucht; de drukking op het kwik in beide armen is gelijk aan die van ééne atmosfeer. Ik wensch de ruimte in den kleinsten arm tot op de helft te verkleinen. Ik zal nu genoodzaakt zijn in den langen arm 760 m. M. kwik bij te gieten; dus tweemaal grootere drukking komt overeen met tweemaal kleinere ruimte van dezelfde hoeveelheid lucht. Ik verlang de oorspronkelijke hoeveelheid lucht in eene driemaal kleinere ruimte te brengen: nog eenmaal moet ik 760 m. M. kwik in den langsten arm bijgieten, enz.; in het algemeen is de eindconclusie, die trouwens na het bovenstaande te verwachten was, dat als de ruimte waarin eene zekere hoeveelheid lucht (of gas) is opgesloten twee-, drie-, vier- of meermalen kleiner wordt, de drukking twee-, drie-, vier- of meermalen grooter wordt. Op ongeveer dezelfde wijze zal men nu ook proefondervindelijk kunnen aantoonen, dat als de ruimte een zeker aantal malen grooter wordt, de drukking van dezelfde hoeveelheid gas een even groot aantal malen kleiner wordt. We hebben de zoogenaamde wet van Boyle of Mariotte verklaard. Gaan we nog een stap verder. Hier is een ballon gevuld met lucht of een gas van drie atmosfeeren drukking, dáár een even groote, luchtledige ballon. De halzen van beide ballons zijn door kranen van de omliggende lucht afgesloten en kunnen luchtdicht aan elkander worden verbonden. Ik verbind de halzen en open beide kranen; met eene drukking van 3 atmosfeeren dringt de lucht of het gas van den eersten in den tweeden ballon. De uitstrooming zal ophouden als de lucht in beide ballons gelijke drukking heeft, n.l. 1½ atmosfeer. Op even eenvoudige wijze laat zich berekenen welke de drukking zal zijn indien de eerste ballon gevuld is met lucht bijv. van 4 atmosfeeren en de andere met lucht van 1 atmosfeer enz. Passen wij dit voorbeeld toe op een réservoir waarin lucht is van eene zekere dampkringsdrukking. Aan dat réservoir is verbonden eene cilindervormige metalen buis die door eene kraan van den vergaarbak is afgescheiden. Stel U verder voor, dat in die buis zich een nauwsluitende maar toch gemakkelijk beweegbare zuiger bevindt. Open nu de kraan; met eene vooraf te berekenen snelheid, die afhangt van de drukking in het réservoir, van de zwaarte van den zuiger, van den inhoud van réservoir en buis, van de luchtdrukking in de buis, van de temperatuur der lucht, enz. enz, zal de zuiger door de buis worden heengedreven. Als de buis lang genoeg is, zal de zuiger na eenigen tijd stilstaan; op het oogenblik n.l. als de drukking aan beide zijden gelijk is. Ge ziet uit het bovenstaande, Amice, dat we door luchtdrukking beweging kunnen doen onstaan, iets, dat trouwens niet nieuw is, | |
[pagina 131]
| |
is, doch herhaaldelijk en op verschillende manieren in toepassing is gebracht. Zoo bijv. zijn U hoogstwaarschijnlijk de windbuksen bekend. In de holle kolf werd lucht ingepompt en, nadat in den loop het projectiel geladen was, eene kraan geopend of de haan neergelaten. De samengeperste lucht drong in den loop en joeg den kogel naar buiten. Om van andere en oudere toepassingen niet te spreken heeft een twintigtal jaren geleden het denkbeeld om goederen door een zoogenaamd atmosferisch of pneumatisch spoor te vervoeren opgang gemaakt, doch is kort daarna verlaten. In de laatste 10 jaren echter is hetzelfde plan weer op 't tapijt gebracht, en wel naar aanleiding van het volgende. Naar en van elke groote stad, zooals Londen, Parijs, Berlijn enz., worden dagelijks duizenden en tienduizenden brieven of telegrammen verzonden, en vooral voor de laatsten is het noodzakelijk, dat zij spoedig aan hun adres bezorgd worden. Uit den aard der zaak kan er in eene stad slechts één hoofdstation voor het buitenland zijn waar telegrammen ontvangen worden en van waaruit zij verzonden worden. Om het den bewoners eener groote stad gemakkelijk te maken en hen niet te noodzaken uren ver te loopen, om een telegram af te zenden, heeft men echter in de verschillende hoofdwijken hulpstations opgericht, waar telegrammen kunnen worden aangeboden, welke dan naar het hoofdstation worden overgeseind. Evenzoo kan men telegrammen, aan het hoofdstation ontvangen, naar de hulpstations overseinen om ze dan te laten bestellen. Dat telkens overseinen eischt echter een grootaantal toestellen en een uitgebreid personeel, te meer als men bedenkt dat voor Parijs bijv. minstens vijftig hulpstations met personeel noodig zijn. Het schijnt, dat men deze inrichting niet practisch heeft gevonden, althans wat Parijs betreft; men zond daarna een zeker soort lichte rijtuigen, met depêches beladen naar de verschillende hoofdwijken om daar depêches af te geven en op te nemen. Toen echter Londen voor was gegaan om gebruik te maken van het zoogenaamde ‘pneumatische spoor’, volgden Parijs en Berlijn in 1865 en Weenen nog later het gegeven voorbeeld en grondvestten eene inrichting, die door de Franschen ‘télegraphe atmosphéric’ is geheeten en wij in navolging ‘atmosferische telegraaf’ hebben genoemd, hoewel ‘luchtdrukking-spoorweg’ in onze taal genoegzaam hetzelfde denkbeeld kan uitdrukken. Waarschijnlijk is de naam ‘télegraphe atmosphéric’ in zwang gekomen, omdat volgens het oorspronkelijk plan de inrichting alleen bestemd was voor telegraphische dépêches; later is zij ook voor brieven dienstbaar gemaakt, en vergissen wij ons niet, tegenwoordig als zoodanig sterk in gebruik. Trachten wij een denkbeeld te verkrijgen van de expeditie in eenige groote stad, bijv. in Parijs. Aldaar zijn 50 stations, die ongeveer een kilometer van elkander verwijderd en met elkaar verbonden zijn | |
[pagina 132]
| |
door ijzeren buizenGa naar voetnoot(*). Het hoofdstation, waaruit de depêches naar de binnenwijken worden verzonden, is in de Rue de Grenelle, verder zijn er stations in de Rue Boissj d'Anglas, Grand-Hotêl, Bourse enz. enz. In de Rue de Grenelle worden de treinen gevormd en wel uit cilindervormige doozen met kogelvormige dekselsGa naar voetnoot(†). Een trein heet omnibustrein als hij in alle stations ophoudt, en exprestrein als hij zonder tusschenstations aan te doen naar zijne bestemming doorrijdt. Zijn de doozen, die elk den naam van het station dragen waarvoor zij bestemd zijn, geordend, dan wordt achter de laatste een met leer of guttapercha overtrokken houten zuiger geplaatst, die zonder wrijving hoegenaamd luchtdicht sluiten moet. Elk kwartieruurs verlaat een omnibustrein de Rue de Grenelle en gaat met de dépêches voor alle stations beladen achtereenvolgens naar de Rue d'Anglas, Grandhotêl, Bourse enz. De afstand tusschen het centraal-station en het eerste hulpstation bedraagt 1,500 M. en wordt in 1½ minuut doorloopen. Daar aangekomen wordt op de wijze van een achterlaadgeweer een klep geopend, de doos er uit genomen, eene andere met telegrammen of brieven voor het hoofdstation en de tusschenstations er in geplaatst en het geheel geplaatst in de afdeeling, welke naar het Grand-Hotêl loopt. Het hulpstation opent nu eene kraan en de trein vliegt naar het Grand-Hotêl. Hier moet hij evenals in het vorige station voor een middelschot standhouden. Dezelfde handgreep wordt herhaald, enz. totdat hij na ruim zooveel malen 1½ minuut als hij stations heeft aangedaan, in het hoofdstation aankomt. Belast met alle dépêches ter verzending buiten de stad, houdt hij daar stil. Tusschen deze omnibustreinen worden nog door een afzonderlijk stelsel van buizen exprestreinen gevormd, welke uit het hoofdstation naar de Bourse en andere belangrijke punten worden verzonden. Het vertrek geschiedt door drukking, de terugkomst in het hoofdstation gewoonlijk door zuiging. Noch de drukking, noch de zuiging behoeven groot te zijn. Een verschil in drukking van ¾ atmosfeer is voldoende om een gewonen trein-omnibus, welks zwaarte ongeveer 4 KG. is, eene snelheid te geven van 1 KM. per minuut. Het schijnt, dat de boven vermelde inrichting op den duur veel ongemakken gehad heeft, althans zij heeft nagenoeg geheel plaats gemaakt voor een meer volledig stelsel van buizen. In elk tusschenstation loopen nu twee buizen uit, ééne om brieven en telegrammen te verzenden en ééne om ze te ontvangen. In hoofdzaak is overigens alles hetzelfde gebleven. Het hoofdstation staat nu in verbinding met elk der hulpstations, en ook deze hebben | |
[pagina 133]
| |
onderling gemeenschap. Dat door een dergelijk stelsel van buizen in ongeloofelijk korten tijd brieven van het eene eind der stad naar het andere kunnen worden besteld, zal duidelijk zijn. Jaarlijks breidt zich dan ook het buizennet uit. Wat meer is, eene inrichting als boven vermeld wordt niet alleen in Weenen voor het brieven- en telegrammenvervoer gebezigd, ook voor ander vervoer wil men hetzelfde plan aldaar in toepassing brengen. Men heeft n.l. in den laatsten tijd voorgeslagen de lijken van Weenen naar de op een groot uur afstands gelegene begraafplaats door een pneumatisch spoor te expedieeren. Reeds zijn plannen ingediend en naar wij meenen is de uitvoering niet ver af. De groote ongemakken, welke men vooral in den winter moest lijden, en het lastige vervoer door regen, wind en sneeuwjachten heeft tot het begin van dit werk niet weinig bijgedragen. Al het vorige is nog couleur de rose, want wij hebben nog niet gesproken van de verschillende oorzaken die beletselen kunnen zijn voor het loopen der treinen. M. a.w., gebeurt het niet, dat de treinen hier of daar blijven steken? Zoo ja, wat kan de oorzaak zijn en is die altijd weg te nemen. Of, hoe kan men weten waar de trein vastzit? Laten we achtereenvolgens deze vragen behandelen: vooral bij de laatste zullen wij eene alleraardigste toepassing vinden van de leer van het geluid en der galvanische stroomen. De oorzaken van het vastzitten der treinen kunnen vele zijn. In de eerste plaats kan er iets haperen aan het polijstsel van den binnenwand der buis, of door de aaneenkoppeling der buizen kan het eene stuk verschoven zijn ten opzichte van het andere. Zoowel het eene gebrek als het andere schijnt weinig voor te komen. Voor het tweede wordt gezorgd door dikke caoutchouc banden welke bovendien luchtdicht afsluiten. Meer ongerief kan er komen door de brievendoozen. Immers het gebeurt niet zelden, dat er plooien ontstaan in het leder, dat den ijzerblikken cilinder omgeeft. Dikwijls zit de trein dan flink vast en moet men op de straks te beschrijven manier de plaats zoeken waar hij is om dit gedeelte van de buis, als dit mogelijk is, af te breken en het beletsel weg te ruimen. En ander maal komt er een defect aan den zuiger, deze sluit bijv. niet hermetisch meer, en de doozen worden door de buis heen verspreid. Ook kan het gebeuren, dat de zuiger stuk gaat en de stukken tusschen de doozen komen te zitten, waardoor de trein onbeweegbaar is, en nog enkele andere gevallen. Zeer dikwijls tracht men door beurtelings lucht in te pompen en uit te zuigen eenige beweging van den trein te verkrijgen. Of wel, zooals de heer Siemens in Berlijn doet, men perst eene kolom water met kracht door de buis heen. Gelukt noch het eene noch het andere, dan is men genoodzaakt de plaats te zoeken waar de trein vastzit. Op verschillende manieren kan men daarbij te werk gaan. Men kan, zooals bovengenoemde technicus doet, de buis met water | |
[pagina 134]
| |
vullen en uit de hoeveelheid water en de bekende middellijn van de buis de plaats berekenen waar de trein zit. Eene andere manier berust op de bovenverklaarde wet van Boyle. Immers volgens die wet is de ruimte, waarin eene zekere hoeveelheid gas is opgesloten, omgekeerd evenredig met de drukking, of wat op hetzelfde neerkomt: het product van de ruimte en de drukking is voor eene zelfde hoeveelheid gas gelijk. Noemen wij de ruimte V en de drukking van eene zekere hoeveelheid gas D, dan zal, indien die hoeveelheid zich verspreidt in eene andere ruimte Vʹ, de drukking Dʹ zoodanig zijn, dat V × D = Vʹ × Dʹ. Indien nu V, D en Dʹ bekend zijn, kunnen wij Vʹ, dat is de ruimte, berekenen. Als wij derhalve eene zekere hoeveelheid lucht van bekende drukking in de buis drijven en dan de drukking in de buis bepalen, kunnen wij de ruimte tot aan den trein door eene eenvoudige berekening leeren kennen. Een ander, meer vernuftig middel bestaat in het volgende. 't Is bekend, dat het geluid zich in de lucht voortplant met eene snelheid van 333 M. in de seconde, en dat teruggekaatste geluidsgolven zich ook met die snelheid in de lucht voortbewegen. Stel nu, dat we in de buis op zeker oogenblik een pistool afschieten en den tijd bepalen waarop de geluidsgolven, die tegen den zuiger van den trein worden teruggekaatst, weer op de oude plaats terugkomen: dan hebben zij in het verschil dier tijden 2 × den afstand van het begin der buis tot den trein doorloopen. Wij kunnen nu het aantal meters bepalen dat het geluid in bovengenoemd tijdsverschil doorloopt, want in 1 seconde doorloopt het geluid 333 dus in 2 of meer seconden 2 × 333 M. enz. of in ½ seconde 333/2 enz. Nemen wij duidelijkshalve een voorbeeld; het tijdsverschil is ⅓ seconde, de dubbele doorgeloopen weg is dus 333/3 M. = 111 M. en de weg van het begin der buis tot aan het beletsel derhalve 111/2 = 55½ M. Hoe zullen we echter dit tijdsverschil, dat in den regel een breuk van ééne seconde is, meten? Galvanische stroomen zullen ons daarbij helpen. Denk U een cilinder die met lamproet is zwart gemaakt en om zijne as met zekere snelheid draait. Ge weet verder, dat we een stuk ijzer in den vorm van eene hoef door een galvanischen stroom magnetisch kunnen maken, zoodat het een ander stukje ijzer kan aantrekken. Aan dat stukje is een klein ijzeren pinnetje. Indien ik nu het hoefijzervormig stuk ijzer door den stroom te laten werken (te sluiten) of te doen ophouden (te openen) dan eens magnetisch maak en een volgende maal niet, dan ben ik in staat om dat pinnetje nu eens eene beweging rechts en dan eens eene beweging links te laten maken. Drukte dat pinnetje tegen den zwarten cilinder aan en stond deze stil, dan zou ik op den cilinder eene reeks van op elkander liggende lijntjes verkrijgen, aldus -; draaide de cilinder, maar stond het pinnetje vast in den niet aangetrokken stand, dan verkregen wij op den cilinder eene | |
[pagina 135]
| |
rechte lijn ; eene dergelijke lijn maar op eenigen afstand van de eerste verwijderd, zouden wij krijgen, indien het stuk ijzer met het pinnetje voortdurend aangetrokken bleef: wordt echter nu eens zeer vlug aangetrokken, dan eens losgelaten, dan zullen wij, zooals duidelijk is, de volgende figuur verkrijgen.
a bijv. geeft den stand van niet aangetrokken; b is het lijntje dat beschreven wordt op het oogenblik van aantrekking; c gedurende de aantrekking; d op het oogenblik van loslaten, e als a. Wij herinneren er aan, dat het stukje week ijzer, als het niet wordt aangetrokken, door eene veer op zijn ouden stand wordt teruggebracht. Doch het is niet noodig dat ik zelf den stroom sluit en open: ik kan de pooldraden van de galvanische batterij zoodanig verbinden aan eene seconde-pendule, dat op het oogenblik van den laagsten stand des slingers de stroom een oogenblik gesloten wordt en verder de stroom open blijft: ik zal dan op den cilinder eene lijn van ongeveer dezelfde gedaante verkrijgen, waardoor ik het aantal seconden meten zal. Verder kan ik volgens hetzelfde begrip een veerkrachtig veertje aan een ander toestel zoodanig spannen, dat 30 maal in ééne seconde de stroom geopend en gesloten wordt. Niets belet mij om ook dit veertje zijne beweging naast de lijn der seconden op den draaienden cilinder te doen afteekenen. Er zullen alsdan 30 zigzaglijntjes komen op de ruimte van ééne seconde. En nu zijn we aan de hoofdzaak. Het uiteinde van de buis wordt gesloten door een ring waarin een vlies van caoutchouc is gemaakt. Dit vlies is zoodanig door eene draadgeleiding verbonden, dat wanneer het schot vlak bij het vlies in de buis valt zijne trilling de oorzaak is van het sluiten van den stroom. Op de wijze boven beschreven wordt nu door een ander electro-magnetisch toestelletje een stiftje tegen den cilinder gedrukt. Spoedig daarop valt het pinnetje af. Dezelfde sluiting zal gebeuren als de teruggkaatste geluidsgolven het vlies doen trillen. Wij hebben nu slechts den afstand tusschen de aanrakingspunten van het pinnetje met den cilinder te meten en af te passen op de teekening der dertigste deelen van eene seconde om, na door twee gedeeld en met 333 vermenigvuldigd te hebben, onmiddellijk den afstand te kennen van de opening der buis tot den vastzittenden zuiger. Bijv. De afstand van de twee punten komt overeen met 24 dergelijke onderverdeelingen. Er zijn 30 verdeelingen in eene seconde, dus ééne verdeeling komt overeen met 1/30 seconde, derhalve 24 met of 24/30 of 3/10 | |
[pagina 136]
| |
seconde. In 3/10 seconde worden doorloopen 24/30 × 330 M., dus 24 × 11 meters: dit is echter de dubbele afstand, de enkele is 12 × 11 = 132 M. De trein zit op 132 meters van het begin der buis. Vindt Ge deze vinding niet vernuftig, Amice, we hebben er weer eene aardige toepassing van de graphische voorstelling. Ge kunt U trouwens moeielijk denken waartoe een roteerende zwarte cilinder al niet dienen kan. Zooals wij hem gebruikt hebben in verband met eene secondeklok en een electro-magnetisch toestel noemt men hem een chronograaf of tijdschrijver; 't waarom is niet moeielijk te verklaren. Maar, Amice, de uiteenzetting van den tijdschrijver heeft me zoo'n langen tijd voor ‘de Tijdspiegel’ doen schrijven, dat het werkelijk meer dan tijd is, dat ik U vaarwel zeg. Arnhem, September 1875. t.t. max van edijck. |
|