Die Erfindung des Längenmaßes.

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 wieder
Das Buch der Erfindungen. 1
[2]Die 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,
[3]Längenmeſſungen 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.

Längenmeſſungen und Längenmaßvergleichungen.

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 mm
1*
[4]Die 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 bewegliche
[5]Längenmeſſungen 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.
[6]Die 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.

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-

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 AB
[7]Längenmeſſungen 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

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,
[8]Die 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^*),
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 64,7
[9]Längenmeſſungen 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.

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.

Meſſung der Dicken und Weiten.

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

dieſe Inſtrumente meſſen die Dicken durch Fühlen.
Den gebräuchlichſten Taſter ſtellt Fig. 7 dar, er iſt ein

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

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 iſt
[11]Meſſung der Dicken und Weiten.

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

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-

[12]Die Erfindung der Maße und Gewichte.
meſſer oder als Dickenmeſſer — in letzterem Fall iſt es ein Hohlkeil —
verwertet werden. Die Meßkeile liefern recht genaue Reſultate.

Von den Wägungen.

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-
[13]Von 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-
[14]Die 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 trotz
[15]Von 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.

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 ein
[16]Die 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

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, dieſelben
[17]Von 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. 2
[18]Die 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 der
[19]Von 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, um
2*
[20]Die 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

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-
[21]Von 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

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, welche
[22]Die 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

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 Körpers
[23]Von 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

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-
[24]Die 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.

Die Apparate zur Wärmemeſſung.

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 zog
[25]Die Apparate zur Wärmemeſſung
ſich 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

[26]Die 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 bei
[27]Die 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

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 Apparate zur Meſſung des Luftdruckes.

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 Verſuch
[28]Die 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

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, ſenkt
[29]Die 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

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 und
[30]Die 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

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-
[31]Die 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.

Vom Meſſen des Druckes eingeſchloſſener Gaſe.

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, den
[32]Die 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.

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.

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-

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.

Die erſten Zeitmeſſungen.

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. 3
[34]Erfindung 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 fiel, ſo war jener
feſtgeſetzte Zeitpunkt gekommen. Der erſte Zeitmeßapparat, der Gnomon
wurde erfunden. Es war nichts als ein ſenkrechter Stab, der durch
die Länge ſeines Schattens die Zeit angab. Ein ſolcher Sonnenzeiger
war z. B. jener Obelisk von mehr als 30 m Höhe, den der Kaiſer
Auguſtus aus Ägypten nach Rom bringen ließ. In der Kuppel des
Domes zu Florenz befindet ſich in einer Höhe von faſt 90 m über
dem Fußboden eine Öffnung, durch welche die Sonne ihr Bild auf den
Fußboden wirft. Die ſchnelle Bewegung dieſes Bildchens aber erlaubt
eine ziemlich ſichere Feſtſtellung der Zeiten.

Keine neue Erfindung, ſondern nur die Vervollkommnungen dieſer
Gnomone ſind die Sonnenuhren. Der Schatten eines Stiftes fällt
auf eine Ebene und die Richtung, die er dabei einnimmt, läßt die Zeit
erkennen. Die Aufſtellung der Sonnenuhren iſt ſehr verſchieden. Der
Stift muß freilich immer dieſelbe Richtung haben, nämlich diejenige
der Weltachſe, er wird alſo bei uns in Deutſchland einen Winkel von
50 Grad mit der wagerechten Linie, die nach Norden weiſt, bilden müſſen;
aber die Ebene, auf die der Schatten fällt, kann die wagerechte oder
die ſenkrechte, ja jede ſchräge Richtung haben. Man wird ſich nur
nach dieſer Stellung immer eine beſondere Bezifferung herſtellen müſſen.
Die Gnomone und die Sonnenuhren haben zwei in die Augen fallende
Nachteile. Zuvörderſt iſt ja die Sonne kein recht verläßlicher Geſell-
ſchafter des Menſchen. Abgeſehen davon, daß wir ihrer in der Nacht
ganz entraten müſſen, verſteckt ſie ſich ſelbſt am Tage oft genug hinter
Wolken, und mit ihr verſchwinden die zeitmeſſenden Schatten. Sodann
[35]Die erſten Zeitmeſſungen.
aber iſt ihr Weg nicht ſo ganz regelmäßig, daß man danach die Zeit
leicht und genau beſtimmen kann. Wenn wir vorhin ſagten, daß von
einer größten Höhe der Sonne bis zur andern immer dieſelbe Zeit
verfließt, ſo müſſen wir das jetzt doch etwas abändern. Die größte
Höhe wird nämlich von der Sonne am 12. Februar um 15 Minuten
zu ſpät, am 18. November um 16 Minuten zu früh erreicht, und um
ſoviel kann man ſich alſo irren, wenn man glaubt, daß die Sonne
ganz gleichmäßig ihre Bahn am Himmel ziehe. Nun kommt noch
hinzu, daß man den Ort des Schattens auch nicht ſo genau beſtimmen
kann, um nicht noch einen Irrtum von einigen Minuten zu begehen,
und wir erkennen, daß man, um einen genauen Zeitmeßapparat zu
erhalten, auf die Beihilfe der Sonne verzichten mußte.

Sanduhren ſind die nächſten geweſen, die ſich darboten. Zwei
Gefäße ſtehen über einander und ſind durch eine enge Öffnung ver-
bunden. Man kann nun in das eine Gefäß gerade ſo viel Sand thun,
als in einer beſtimmten Spanne Zeit in das untere Gefäß ablaufen
kann. Man benutzt ſolche, die in wenigen Sekunden bereits, und
andere, die erſt innerhalb einer Stunde ablaufen. Man kennt ihren
Gebrauch in den Küchen, wo ſie die Zeit, welche zum Eierkochen
benötigt wird, anzeigen. Aber ſo unvollkommen ſie erſcheinen, haben
ſie noch im 17. Jahrhundert bei aſtronomiſchen Beobachtungen ihre
Dienſte gethan, und wenn man heute die Fahrgeſchwindigkeit der Schiffe
auf offener See feſtſtellen will, ſo geſchieht das auch gewöhnlich mit
Benutzung einer Sanduhr, die gerade in 14 reſp. in 28 Sekunden
ihren Sand ausſchüttet. Statt des Sandes kann man nun auch eine
Flüſſigkeit benutzen, die ſo gemeſſen iſt, daß ſie gerade in einer beſtimmten
Zeit ausfließt. Waſſer bot ſich als das einfachſte Mittel dar, aber
der bekannte Himmelsforſcher Tycho de Brahe hat ſich eine Queckſilberuhr
gebaut, weil dieſes Metall die Glaswände nicht benetzt und alſo
genauere Reſultate giebt. Er hat mit dieſer Uhr ſeine in der damaligen
Zeit unübertroffenen Beobachtungen angeſtellt. Schon vor zwei und
einem halben Jahrtauſend ſind Waſſeruhren bei den Aſſyrern in Gebrauch
geweſen, ſie ſind von dieſen auf die Griechen und Römer überkommen.
Viele Verbeſſerungen wurden angebracht und mit Hülfe des abfließenden
Waſſers ließ man Räderwerke treiben, ſo daß man bis zu ganz ver-
wickelten Kunſtuhren aufſtieg, wie der Kalif Harun al Raſchid eine
Karl dem Großen zum Geſchenke machte.

Die Pendeluhren.

Der Wunſch, immer kleinere Zeitteile recht genau feſtzuhalten, der
ſich beſonders lebhaft für die Himmelsbeobachtungen kundgab, ließ ſich
freilich auch mit Waſſeruhren nicht erfüllen. Sie müſſen außerdem
wohl zu teuer geweſen ſein, als daß ſie in den Haushaltungen überall
hätten Aufnahme finden können. Wir können uns heutzutage kaum
3*
[36]Erfindung der Zeitmeßapparate.
mehr einen ſolchen Kulturzuſtand ausmalen. Wir haben Uhren aller-
wege, im Zimmer, auf der Straße, in der Taſche und können ſo überall
und immer die vorbeſtimmte Zeit inne halten. Wie muß es zu jener
Zeit der Waſſeruhren wohl um die Pünktlichkeit beſtellt geweſen ſein!
Kaum anders wurde es durch die Erfindung verwickelter Räderwerke,
die durch Gewichte getrieben wurden, und wie ſie ſich im Laufe des
Mittelalters hier und dort einführten. Der Kaiſer Friedrich II erhielt
vom Sultan Saladin eine ſolche zum Geſchenke. Wir finden ſie auch
in Klöſtern und die erſten Turmuhren ſind auch fünf Jahrhunderte alt.
Es fehlte allen ein Mittel, die kleinſten Zeitteile, etwa von der Länge
einer Sekunde genau feſtzuhalten. Dieſes Mittel hat uns erſt Galilei
in dem Pendel gegeben. Galileo Galilei, geb. 1564 zu Piſa, geſt.
1642 zu Arcetri bei Florenz, iſt unſtreitig der bedeutendſte Phyſiker
aller Zeiten und einer der größten Erfinder, den der Erdball getragen
hat. Auf die Geſetze des Pendels ſoll er allerdings durch eine zufällige
Beobachtung geführt worden ſein. Als er einmal im Dome zu Piſa
weilte, ſoll dort eine Ampel in Schwingungen geraten ſein. Während
aber die Weite dieſer Schwingungen fortwährend abnahm, bemerkte
Galilei, daß die Zeit, welche die Ampel für eine Hin- und Herbewegung
benötigte, ſich nicht merklich änderte. Er ſchloß alſo

1. daß die Schwingungszeit der Ampel, alſo irgend eines auf-
gehängten und aus dem Gleichgewichte gebrachten Körpers ganz
unabhängig davon iſt, wie weit man denſelben aus ſeiner Ruhelage
entfernt.

Ganz richtig iſt nun dieſer Satz freilich nicht, aber doch ſehr nahe
an der Wahrheit. Wenn die Schwingungsweite nicht ſehr groß iſt, ſo
darf man ſehr genähert annehmen, daß die Schwingungszeit ſich mit
noch größerer Abnahme der Weite nicht verändert. Nur wo es auf die
allerhöchſte Genauigkeit ankommt, bei aſtronomiſchen Zeitbeſtimmungen,
wird auch den Veränderungen der Schwingweite Rechnung getragen
werden müſſen. Wie Galilei nun im Studierzimmer die Eigentümlichkeiten
eines ſchwingenden Pendels, d. h. einfach einer an einem Faden auf-
gehängten Kugel weiter verfolgte, fand er noch die folgenden bemerkens-
werten Geſetze:

2. Es iſt ganz gleichgültig, aus welchem Stoffe der pendelnde
Körper beſteht und wie ſchwer er iſt; immer braucht er dieſelbe Zeit
für eine Schwingung, wenn nur ſeine Entfernung vom Aufhängepunkte
oder die Pendellänge unverändert bleibt;

3. Wenn aber zwei Pendel verſchiedene Länge haben, ſo braucht
das längere mehr Zeit für eine Schwingung als das kürzere.

Jeder kann ſich durch ſehr einfache Verſuche von der Richtigkeit
dieſer Sätze überzeugen. Sie waren ganz neu, niemand hatte vorher
daran gedacht, die Schwingungszeiten der Pendel zu ſtudieren. Aber
Galilei war auch der Mann, ſeine Entdeckung praktiſch zu verwerten.
Er erkannte, daß beſonders die Eigenſchaft (1) das Pendel zum
[37]Die Pendeluhren.
Regulieren des Uhrgangs in hervorragender Weiſe geeignet machen
mußte, aber er ließ erſt kurz vor ſeinem Tode von Balcetri die erſte
Pendeluhr konſtruieren. Das ſcheint wenig bekannt geworden zu ſein,
denn man hält gewöhnlich den Holländer Huyghens, gleichfalls einen
ſehr hervorragenden naturwiſſenſchaftlichen Forſcher, für den Erfinder
der Pendeluhr, obgleich dieſer erſt 15 Jahre nach Galilei die ſeinige
konſtruierte. Die Verbindung des Pendels mit der Uhr iſt bis zum
heutigen Tage nur wenig verändert worden. Wir können uns alſo
darauf beſchränken, eine ſolche Einrichtung zu beſchreiben.

Fig. 27 zeigt die Einrichtung
einer Pendeluhr von vorn, Fig. 28
von der Seite geſehen. Was das
Werk in fortwährendem Gange erhält, iſt das Gewicht A,
welches mit einer Schnur um die Walze B gewunden iſt.
Da es durch die Schwerkraft zum Fallen gezwungen iſt, ſo würde es in
kurzer Zeit ablaufen und die Walze ungleichmäßig umdrehen, wenn
ſeine Bewegung nicht in kurzen Pauſen gehemmt würde. Das ge-
ſchieht durch die Hemmung N. Dieſelbe vermag mit ihren Anker-
zähnen oder Paletten ſich dem Hemmungsrade M in die Zähne zu
werfen und ſo den Stillſtand desſelben zu bewirken. Das Hemmungs-
rad iſt aber mit der Walze auf die folgende Weiſe verbunden. An
dieſer iſt das Walzenrad C ſo befeſtigt, daß es die Drehung der
Walze unmittelbar mitmacht. Nun greifen die Zähne des Rades C in
den an der Achſe des Rades E angebrachten Trieb D ein. Die Zähne
von E wirken wiederum auf den Trieb F des Rades G, dieſes greift
[38]Erfindung der Zeitmeßapparate.
in den Trieb H des Minutenrades K ein und die Zähne des Rades K
ſchließlich erfaſſen den Trieb L des Hemmungsrades M. Wird alſo die
Umdrehung eines einzigen dieſer Teile verhindert, ſo muß zu gleicher
Zeit das ganze Werk ſtille ſtehen. Nun müſſen aber die Hemmungen
in gleichmäßiger Folge geſchehen, wenn anders der Gang der Uhr ſich
regelmäßig vollziehen ſoll. Die Hemmung muß reguliert werden, und
das geſchieht durch ihre Verbindung mit dem Pendel U. Wir erkennen,
daß der Anker N ſich um eine Achſe O drehen läßt, an welcher außerdem
noch die Gabel S T befeſtigt iſt. Dieſelbe iſt bei T ſo in zwei Teile
geſpalten, daß das Pendel U ſie bei ſeiner Bewegung mit ſich führen
muß und dabei einmal beim Hingang und einmal beim Hergang einen
Stoß durch Vermittelung der Gabeläſte bei T erhält. Wohl bemerkt,
das Pendel iſt durchaus ſonſt in keiner Verbindung mit den Teilen
des Uhrwerks, es würde ungeſtört hin und hergehen, wenn es nicht
die Gabel mit ſich nehmen müßte und damit auch den Anker, der ja
an derſelben befeſtigt iſt. Das Pendel hängt bei guten Uhren an einem
elaſtiſchen Bande aus Stahl, dem Stück einer Uhrfeder, an einer ent-
ſprechenden Stelle des Uhrgehäuſes herab oder wie in der Fig. 28 auch
an zwei ſolchen Federn. Nun haben wir aber gehört, daß das Pendel
für eine Schwingung immer derſelben Zeit bedarf, und daß dieſe auch
von der Schwingungsweite in ſehr geringem Grade abhängig iſt.
Setzen wir nun z. B. den Fall, wir hätten in der Uhr ein Sekunden-
pendel, d. h. eines, deſſen Länge ſo abgepaßt iſt, daß es gerade im
Verlauf einer Sekunde einen Hingang oder einen Hergang vollendet,
ſo wird am Anfang einer ſolchen Schwingung etwa die Hemmung mit
ihrer rechten Palette in das Hemmungsrad eingreifen; da dieſes durch
das Ablaufen des Gewichtes eine geringe Bewegung hat, ſo muß jetzt
das Peudel einen ſchwachen Stoß erhalten. Es würde freilich auch
ſonſt, aus ſeiner Ruhelage gebracht, eine Schwingung vollführen, aber
dieſer Stoß am Anfange jeder Schwingung trägt dazu bei, das Pendel
in ſeiner Bewegung zu erhalten, die es ſonſt bei dem Hindernis, das
ſeine Bewegung im Widerſtande der Luft findet, nicht lange würde
beibehalten können. Schwingt aber jetzt das Pendel nach rechts, ſo
giebt die rechte Palette den Zahn des Hemmungsrades frei. Dasſelbe
hatte aber gerade nur Zeit, ſich um einen Zahn vorwärts zu bewegen,
dann fällt ihm die linke Palette wieder in die Zähne und hemmt ſeine
weitere Bewegung. Zugleich empfängt ſie aber wieder jenen ſchwachen
Antrieb, den ſie durch Vermittelung der Gabel an das Pendel über-
trägt. So geht die Sache weiter, ſo lange überhaupt das Hemmungsrad
bewegt wird, d. h. ſo lange, bis das Gewicht abgelaufen iſt. Hat
dieſes Rad gerade 60 Zähne, ſo wird es ſich gerade im Verlaufe einer
Minute einmal um ſeine Achſe drehen und einen mit ſeiner Achſe ver-
bundenen Zeiger ebenfalls. Dieſer wird innerhalb der Minute ſechzig
mal ſeinen Ort wechſeln, er wird uns alſo Sekunden zeigen. Das
Rad K, welches ſich in einer Stunde einmal umdrehen, alſo durch
[39]Die Pendeluhren.
einen mit ihm verbundenen Zeiger Minuten weiſen ſoll, muß dann ſo
eingerichtet ſein, daß es ſich ſechzig mal langſamer als das Hemmungsrad
bewegt. Hat der Trieb L dieſes Rades fünf Zähne, ſo wird das
Rad K deren dreihundert haben müſſen. Der Stundenzeiger ſoll ſich
noch ſechzig mal langſamer bewegen; er wird alſo an einem Rade
angebracht ſein, das ſechzig mal ſoviel Zeit für eine Umdrehung braucht
als das Minutenrad. Wenn es bei unſeren Uhren ſo ſcheint, als ob
beide Zeiger ſich um dieſelbe Achſe bewegen, ſo liegt das einfach daran,
daß hier zwei Radachſen in einander ſtecken, die eben jene beiden Zeiger
tragen, während die beiden auf dieſen Achſen ſitzenden Räder keine
unmittelbare Verbindung haben.

Iſt das Gewicht ſtark geſunken, ſo muß die Uhr aufgezogen werden,
d. h. das Gewicht muß wieder genügend gehoben werden. Aber bei
der Verbindung aller Uhrteile ſollten wir erwarten, daß wenn die
Walze zu dieſem Zwecke bei α gedreht wird, alle Teile die rückläufige
Bewegung machen und ſo die Zeiger ſehr ſchnell rückwärts auf eine
ganz falſche Zeit ſich ſtellen müßten. Das muß vermieden werden,
und man bedient ſich dazu des Gegen-
geſperres, welches noch außerdem be-
wirkt, daß auch während des Aufziehens
die Uhr regelmäßig weiter geht. Da
dasſelbe ganz ähnlich auch in Taſchen-
uhren verwendet wird, ſo geben wir
durch Fig. 29 eine Vorſtellung davon.
In ihr bedeuten G das Walzenrad,
B1 die Walze, A und B zwei Räder,
die loſe auf der Walze ſitzen, die ſoge-
nannten Sperrräder. Die Zähne des
einen B ſind durch den Haken r T am
Weitergehen verhindert, welcher in T
am Uhrgehäuſe feſtſitzt. Die Zähne des
andern ſind entgegengeſetzt gerichtet, und
der Haken R läßt ſie nicht weiterrücken.
Dieſer iſt an B befeſtigt. Das Rad B
ſchließlich iſt mit dem Walzenrade durch

eine elaſtiſche Feder s s'; verbunden. So lange das Gewicht noch ab-
laufen kann, wird dieſe Feder immer durch den Zug des Gewichtes ſo
weit geſpannt, bis Gleichgewicht eintritt. Während aber das Gewicht
aufgewunden wird, ſpannt ſich die Feder in der anderen Richtung und
wirkt alſo in demſelben Sinne wie das aufgezogene Gewicht; ſie hält
alſo die Uhr während der kurzen Zeit, die das Aufziehen erfordert,
regelmäßig genug im Gange.

So oder ganz ähnlich haben wohl bereits die erſten Pendeluhren
ausgeſehen, die vor mehr als zwei Jahrhunderten gebaut wurden.
Von den Veränderungen, die ſeitdem angebracht worden ſind, wollen
[40]Erfindung der Zeitmeßapparate.
wir nur zwei erwähnen. Die eine betrifft das Pendel. Wir erfuhren,
daß dieſes immer eine beſtimmte Schwingungszeit beſitze, daß dieſe
aber für kürzere Pendel auch kürzer ſei. Will man z. B. eine Uhr
haben, welche halbe Sekunden ſchlägt, ſo muß man ein Pendel von
¼ m Länge haben, während das Sekundenpendel etwa 1 m lang iſt.
Es iſt nun bei den verſchiedenen Zwecken, denen die Uhr dienen ſoll,
bei der Verſchiedenheit des Raumes, den man ihnen anweiſen kann,
zwar die Länge des Pendels eine ſehr mannigfaltige und alle ſind an
ihrem Platze brauchbar, aber behält denn das Pendel wirklich überall
und immer die Länge bei, die man ihm gegeben hat? Wir erfuhren
doch bereits im vorigen Kapitel, daß die Wärme die Ausdehnung der
Körper ſehr weſentlich verändert, alſo müſſen wir ſchon hieraus ſchließen,
daß die Pendellänge bei bedeutender Wärme größer ſein wird, als
wenn es kalt iſt. Im Sommer werden ſich die Pendel verlängern,
im Winter verkürzen. Freilich, wo es auf keine ſo große Genauigkeit
ankommt, wie im gewöhnlichen Berufsleben, wo man nur den Gang
der Uhr bis auf eine Minute am Tage ſicher feſthalten möchte, da
wird man dieſe Längenänderung nicht zu berückſichtigen nötig haben.
Aber wo es auf große Genauigkeit ankommt, wo man — wie bei den
aſtronomiſchen Uhren — den Gang bis auf Bruchteile der Sekunde
ſichern muß, da wird man auch dieſer Eigentümlichkeit Rechnung tragen
müſſen. Das kann auf zweierlei Weiſen geſchehen. Entweder man
ſtellt die Uhr an einem Orte auf, an dem die Temperatur nur höchſtens
ganz ſchwache Änderungen erfährt. So ſind in der That die Haupt-
uhren der Sternwarten in Kellern aufgeſtellt, wo ſich die Temperatur
etwa innerhalb eines Grades konſtant erhält. Oder man ſorgt dafür,
daß dieſe Längenänderung des Pendels irgendwie wieder aufgehoben
wird. Man wird bei der Verfolgung dieſes Gedankens in höchſt glück-
licher Weiſe von der Natur unterſtützt. Die verſchiedenen Körper dehnen
ſich nämlich bei Erhöhung ihrer Temperatur keineswegs in gleichem
Maße aus, ſondern einmal ſind die flüſſigen Körper einer weit be-
trächtlicheren Ausdehnung fähig als die ſtarren, und dann ſind ſelbſt
die ſtarren Körper unter ſich noch recht verſchieden an Ausdehnbarkeit.
Man kann alſo z. B. ſehr leicht die Wirkungen der Wärme aufheben,
wenn man etwa die Pendelſtange von Eiſen macht, als pendelnden
ſchweren Körper aber ein Glasgefäß mit Queckſilber wählt, und beide
gegen einander ſo abpaßt, daß während die Stange ſich ausdehnt,
der Queckſilberſpiegel ſich gerade ſo hoch hebt, daß die wirkſame Länge
des Pendels ungeändert bleibt. Man erhält ſo die Queckſilberkompen-
ſation. Aber dieſe hat Nachteile, und zwar vor allem den, daß der
Pendelkörper für dieſen Zweck eine Geſtalt erhält, die ihn im Hinblick
auf andere Zwecke ungeeignet erſcheinen läßt. Zur leichteren Über-
windung des Luftwiderſtandes iſt es nämlich am vorteilhafteſten, jenem
die Geſtalt einer Linſe zu geben. Das kann bei dem Queckſilbergefäß
nicht geſchehen. Verfertigt man die Linſe aus einem ſtarren Metall,
[41]Die Pendeluhren.
ſo wird es darauf ankommen, ſchon die Pendelſtange ſo einzurichten,
daß die Linſe immer in derſelben Entfernung vom Aufhängepunkt bleibt.
Das geſchieht nun leicht durch Konſtruktion eines
Roſtpendels (vgl. Fig. 30). Es bedeuten f und a a
drei Eiſenſtangen, d d zwei ſolche von Zink. Die
Eiſenſtange f geht frei durch den Querbalken b b
hindurch, trägt aber am unteren Ende die Quer-
ſtange e e, die Zinkſtangen ſind an beiden Quer-
balken befeſtigt, während a a durch den Balken e e
frei hindurchgehen und erſt bei c c eine Querſtange
zum Feſthalten der Pendellinſe L tragen. Würden
bei der Erwärmung nur die Eiſenſtangen ausge-
dehnt, ſo müßte die Linſe ſich ſenken, nähmen nur
die Zinkſtangen an der Ausdehnung teil, ſo müßte
ſie ſich heben. Da ſich das Zink nun beträchtlicher
ausdehnt als das Eiſen, ſo iſt leicht zu erkennen,
daß man die Länge der verſchiedenen Stangen ſo
abpaſſen kann, daß bei der Erwärmung die Pendel-
linſe ſich weder hebt noch ſenkt.

Eine andere Änderung, die man an den
Pendeluhren angebracht hat, iſt die vollſtändige
Erſetzung des treibenden Gewichtes durch eine ge-
ſpannte Feder, d. h. durch ein langes, höchſt
elaſtiſches, ſpiralförmig gewundenes Stahlblatt.
Wickelt man ein Stahlband zu einer Spirale (vgl.
Fig. 31) auf, ſo wird dieſe, wenn ihre natürliche
Elaſtizität kein Hindernis findet, ſich allmählich
wieder ausbreiten und ſtrecken, da alle Stahl-
teilchen, die ſie zuſammenſetzen, dahin ſtreben, die
urſprüngliche Lage wieder anzunehmen, genau wie
ein Gummiball ſein erſtes Ausſehen beim Auf-
hören des Druckes wieder annimmt, der ihn zeit-
weiſe umgeſtaltete. Was würde nun wohl ge-
ſchehen, wenn die Stahlfeder nicht vollkommen frei
wäre? Wickeln wir ſie derart zu einer Spirale, daß
wir ihr äußeres Ende feſt machen, indem wir es an
einem feſten Punkt annageln und nageln wir auch
das innere Ende an einen Metallcylinder an, ſo
wird die elaſtiſche Kraft der Feder den Cylinder
zur Umdrehung um ſich ſelbſt zwingen, bis die
Spirale ſich wieder ſoweit geſtreckt haben wird als
es mit ihrer Länge und der Entfernung, die wir
ihren beiden Enden anweiſen, verträglich iſt. Wir
erkennen ſofort, daß bei dem geringen Raum, den
die Feder einnimmt, im Verhältnis zu dem langen

[42]Erſindung der Zeitmeßapparate.

Wege, den die Gewichte zurückzulegen haben, ſehr viel an Platz geſpart
wird. Man tauſcht dagegen gewiſſe andere Unannehmlichkeiten ein und
wir können in der Einführung der Feder eine Verbeſſerung nicht erblicken.
Wir haben ſie erwähnt, weil die Taſchenuhren, welche auf dieſe Raum-
erſparnis angewieſen ſind, auch den Gebrauch der Triebfeder verlangen.
Wir wenden uns der Erfindung dieſer zu.

Die Taſchenuhren.

Die tragbaren Uhren waren ſicher ſchon in der Mitte des 14. Jahr-
hunderts bekannt, wenn ſie auch noch ſelten und ſehr teuer waren.
Man weiß nicht, wo und von wem ſie erfunden wurden. Aber es
heißt, daß eine in Deutſchland gebaute, welche kaum die Größe einer
Walnuß hatte, im Jahre 1380 dem Könige Karl V. von Frankreich
zum Geſchenk gemacht wurde. Allgemein wurde der Gebrauch dieſer
Uhren erſt im Laufe des 16. Jahrhunderts. Man nannte ſie da-
mals häufig Nürnberger Eier, wegen ihrer Form und wegen des
Ortes, wo ſie zuerſt allgemeiner verfertigt wurden. Als ihr Erfinder
galt — wahrſcheinlich mit Unrecht — der Nürnberger Peter Henlein
(Hele), der um 1500 lebte. Bald wußte man ſie ſo ausgezeichnet
klein zu machen, daß der Vicentiner Capobianco eine ſolche in den
Ring des Großtürken zu faſſen wußte, und eine andere ebenſo kleine
dem Herzog von Urbino zum Geſchenke machte. Dieſe letztere zeigte
ſogar die zwölf Zeichen des Tierkreiſes und eine Figur, die den Lauf
der Zeiten angab.

Die Taſchenuhren müſſen die Zeit anzeigen ſowohl wenn die Uhr
ſenkrecht gehalten wird, wie wenn ſie in mehr oder weniger geneigter,
ja ſelbſt wenn ſie in wagerechter Stellung ſich befindet. Hieraus
folgt ſchon, daß das Gewicht und das Pendel, die beſten Mittel, um
feſt aufgeſtellte Uhren in Gang zu halten, für die Taſchenuhren völlig
ungeeignet ſind. Sie erhalten ihre Bewegung durch die Elaſtizität der
Triebfeder. Dieſe ſetzt, wie oben beſchrieben wurde, einen Cylinder in
Umdrehung, und wie ſich dieſe auf die übrigen Teile der Uhren und
ſchließlich auch auf die Zeiger überträgt, das erſehen wir nun aus der
Figur 32.

In ihr bedeutet A die Triebfeder, deren eines Ende bei u' am
Gehäuſe befeſtigt iſt, während das andere Ende an dem Wellbaum B
feſt iſt. Zu der ganzen Abbildung iſt zu bemerken, daß die einzelnen
Teile, um einen beſſeren Einblick in das Innere zu geſtatten, zu weit
aus einander gerückt ſind. Die Bewegung pflanzt ſich, wie wir erkennen,
durch das Räderwerk bis zu dem Hemmungs- oder Steigrade M
fort. Damit die Spirale nicht ſofort, nachdem ſie geſpannt wurde,
wieder plötzlich ablaufe, muß — ganz wie bei den Pendeluhren — an
dieſer Stelle ein fortwährender Stillſtand der Bewegung ſtattfinden.
Derſelbe muß auch wieder in durchaus gleichmäßigen Pauſen ge-
ſchehen, wenn anders die Uhrzeiger in gleichförmigem Schritte bleiben
ſollen. Da der Gebrauch des Pendels hier ausgeſchloſſen iſt, ſo mußte
man zum Regulieren des Uhrganges ein anderes Mittel anwenden,
und man erſann die Unruhe oder den Balancier N O, welcher genau
die Vorteile des Pendels in ſich vereinigt. Er iſt aus zwei Teilen
zuſammengeſetzt, nämlich einem Rade N, das ſich um eine Achſe ſehr
leicht drehen läßt und einer ſehr feinen Spiralfeder aus Stahl, einer
viel zarteren, als diejenige bei A, die man als Triebwerk benutzt.
Dieſe Stahlfeder iſt nun an dem einen Ende wieder mit den feſten
Teilen der Uhr in Verbindung, mit dem andern aber an der Achſe
des Unruherades befeſtigt. Wenn man alſo dieſes dreht und damit
die Feder ſpannt, ſo wird ſie vermöge ihrer Elaſtizität die Unruhe in
die Gleichgewichtslage zurückführen, aber — wie das Pendel, aus
ſeiner Ruhelage gebracht, nicht blos in dieſe zurückkehrt, ſondern durch
die erlangte Bewegung noch über dieſelbe hinausgeführt wird, — ſo wird
auch der Balancier ſich nach der andern Seite von der Gleichgewichts-
lage entfernen und ſo lange hin und herſchwingen, bis der Widerſtand
der Luft und die Reibung an den Lagern ſeiner Achſe ihn zur Ruhe
bringen. Die Unruhe gleicht ferner dem Pendel auch darin, daß die
[44]Erfindung der Zeitmeßapparate.
Zeit, welche eine Schwingung erfordert, dieſelbe bleibt, ob nun die
Spirale wenig oder weit aus ihrer Ruhelage entfernt wurde. Freilich
iſt dazu erforderlich, daß die Spirale gerade eine ganz beſtimmte Länge
habe, eine Länge, die ſich indeſſen durch eine Anzahl von Verſuchen
leicht finden läßt. Ferner würde ſich allerdings dieſe Schwingungszeit
verändern, wenn die Größe der Unruhe ſich änderte; wenn das Rad
der Unruhe ſich z. B. durch Verlängerung ſeiner Speichen weiter von
der Achſe entfernte, ſo würde die Zeit der Schwingungen verlangſamt
werden. Wir erkennen ſofort, daß alſo auch in den Gang der Taſchen-
uhren die Wärme als ſtörendes Element eingreifen wird, und wir
werden bald erfahren, wie man ſich von dieſem Übelſtande freimachen
kann. Schon jetzt aber dürfen wir die Spirale — wenigſtens innerhalb
gewiſſer Grenzen — als durchaus geeignet anſehen, den Uhrgang zu
regeln, wenn ſie ſich mit einer Hemmung verbindet. Die fortſchreitende
Technik der Taſchenuhren hat ſehr verſchiedene Arten von Hemmungen
gezeugt; die am meiſten verwendeten waren und ſind noch heute die
Spindel-, Cylinder- und Ankerhemmung, nach denen man auch die
Uhren als Spindel-, Cylinder- und Ankeruhren bezeichnet. Wir er-
wähnen die erſtere ſchon, weil ſie als die älteſte eine Betrachtung verdient.
Freilich iſt ſie immer mehr im Verſchwinden, aber noch im Jahre 1869
wurden allein im Kanton Bern in der Schweiz 300000 Uhren mit
Spindelhemmung konſtruiert.

Die Spindelhemmung iſt in Fig. 33 zweimal abgebildet, oben
erblicken wir das Steigrad in ſenkrechter, unten in wagerechter Stellung.

C C iſt die Achſe des Balanciers A.
Wir erblicken an derſelben zwei Flügel E
und F, die nach verſchiedenen Seiten ge-
richtet ſind, ſo daß ſie um einen ſtumpfen
Winkel gegen einander geneigt ſind. Bei
den Hin- und Herſchwingungen der Un-
ruhe greifen dieſe Lappen abwechſelnd
in die Zähne des Steigrades ein und
hemmen ſo ſeine Bewegung. Iſt die
Uhr im Gange, ſo läuft das Steigrad
in der Richtung, die der Pfeil anzeigt,
und der Flügel F wirft ſich dem Zahn a
entgegen. Der Stoß, den der Lappen
dabei empfängt, trägt dabei [zur] Auf-
rechterhaltung der Bewegung der Un-
ruhe bei. Aber bei dem weiteren Schwunge
dieſer wird bald der Zahn b vom Lappen E
getroffen werden, und dadurch wird das ganze Steigrad ein wenig zurück-
gedreht werden, ſo weit, als es die ſchwache Kraft der Unruheſpirale
eben vermag. Dann wird der Flügel E durch die vorwärts ſchreitende
Bewegung des Hemmungsrades wieder fort geſtoßen, bis ſich der
[45]Die Taſchenuhren.
Lappen F vor den Zahn m legt. Auch hier wird das Steigrad erſt
ein wenig zurückgedrängt, um gleich nachher den Lappen F fortzu-
ſtoßen, und ſo wiederholt ſich das Spiel der Flügel und des Steig-
rades [ſortgeſetzt], während dieſes immer um einen Zahn vorwärts kommt.
Das iſt die Spindelhemmung, die bis zum Jahre 1720 allein im
Gebrauche war. Was dieſelbe allmählich verdrängte, das waren
folgende Nachteile. Wenn die Zugkraft der Triebfeder ſich nur wenig
vermehrt, ſo werden offenbar die Schläge der Steigradzähne gegen die
Flügel ſchneller erfolgen und damit wird der Gang der Uhr ein
beſchleunigter werden. Nun iſt aber die Spannkraft der Feder keines-
wegs immer die gleiche. Nach dem Aufziehen iſt ſie am höchſten, dann
nimmt ſie allmählich ab und daher werden alle Bewegungen der Uhr
bald nach dem Aufziehen zu ſchnell, kurz vor dem Ablaufen aber zu
langſam erfolgen. Um dieſem Übelſtande abzuhelfen bediente man ſich
in den Spindeluhren — wie noch heute bei den für die Zwecke einer
genauen Zeitmeſſung beſtimmten Uhren, den Chronometern — des in
der Fig. 31 dargeſtellten Apparates. Die Triebfeder A ſitzt in einer
Trommel, das innere Ende bleibt, wie ſchon geſagt, am Cylinder
befeſtigt, während das äußere an der inneren Trommelfläche angelötet
iſt. An die äußere Fläche der letzteren aber legt ſich ein langes, ſehr
biegſames Stahlkettchen, deſſen eines Ende an die Trommel genagelt
iſt, während das andere am Grunde der Schnecke feſt ſitzt. Am
Umfange dieſer iſt eine ſpiralige Verkehlung angebracht, die — wie
wir nun ſehen werden — zur allmählichen Aufnahme der Kette dienen
ſoll. Um die Uhr aufzuziehen dreht man mittels eines Schlüſſels die
Schnecke herum, und dabei wickelt ſich die Kette von der Trommel
ab und auf die Schnecke. Bei dieſer Bewegung der Kette dreht ſich
natürlich auch die Trommel, und infolge deſſen windet ſich die Spirale
um den Cylinder in ihrer Mitte. Bald nachdem die Uhr aufgezogen
iſt, beginnt aber die Spirale ſich zu ſtrecken und bewirkt damit eine
Drehung der Trommel und damit auch der Schnecke in der entgegen-
geſetzten Richtung. Die Stahlkette wickelt ſich dabei wieder von der
Schnecke auf die Trommel herüber. Zuerſt, d. h. wenn die Spannung
der Spirale größer iſt, wirkt dieſelbe durch Vermittelung der Kette auf
die oberſten Schneckenwindungen. Dieſe aber hat den geringſten Durch-
meſſer und ſetzt daher der Spirale, die ſie umdrehen will, einen größeren
Widerſtand entgegen. Derſelbe nimmt allmählich ab in dem Maße,
als der Durchmeſſer der Auskehlung größer wird. Kurz vor dem
Ablaufen der Kette iſt zugleich die Spannkraft der Spirale und der
Widerſtand der Schnecke am geringſten geworden, weil jene ja auf den
größten Durchmeſſer der Schnecke wirkt, und da demnach die Kraft
mit dem Widerſtande, den ſie findet, gleichmäßig abnimmt, ſo wird ſie
durchaus gleichmäßig auf die Uhrteile wirken, indem das Zahnrad an der
Schnecke die Bewegung derſelben auf die übrigen Räder überträgt.
Durch dieſe höchſt geiſtreiche Verbindung von Schnecke und Trommel
[46]Erfindung der Zeitmeßapparate.
hat man alſo den Spindelgang gleichmäßig zu erhalten geſucht. Es
wirken freilich auch Änderungen in der Temperatur auf die Zugkraft
der Feder ein, und ſo wird die Gleichmäßigkeit der Uhrbewegung ſich
doch nicht genau aufrecht erhalten laſſen. Zudem waren Spindeluhren
auch oft reparaturbedürftig, weil z. B. durch die Schläge der Flügel
gegen das Steigrad der eine Zapfen desſelben das Lager, in dem er
läuft, ſehr ſchnell abnutzt.

Dieſe Gedanken mochten den Engländer Graham geleitet haben,
als er 1720 die Cylinderhemmung erſann. Wir erblicken in der Fig. 34

das eigentümlich geſtaltete Steigrad — hier
Cylinderrad genannt — und links davon den
Cylinder. Dieſer ſtellt nichts als die verlängerte
Achſe der Unruhe vor, die indeſſen nicht voll,
ſondern in ihrem mittleren Teile ausgehöhlt und
noch außerdem auf beſondere Art zugeſchnitten
iſt, ſo daß in der Höhe, wo die Zähne des Steig-
rads ſtehen, die eine Hälfte der Wand, darunter
ſogar ein noch größerer Teil weggenommen iſt.
Wenn die Uhr aufgezogen iſt, ſo wird die Kraft
der geſpannten Feder ſich durch Vermittelung der
übrigen Räder auch dem Cylinderrade mitteilen, ſo daß es ſich in der
Richtung des Pfeiles drehen wird. Dieſe Drehung nun iſt es, welche
durch den Cylinder fortwährend gehemmt wird. Da dieſer mit der
Unruhe verbunden iſt, ſo ſchwingt er bald nach rechts, bald nach links.

Dabei bringt er in der
Stellung I das Steigrad
zur Ruhe, beim Vorwärts-
ſchwingen giebt er den ge-
fangenen Zahn a in der
Stellung II frei, ſo daß
er bei III an die innere
Wand des Cylinders an-
prallen muß, um ſchließlich
beim Rückwärtsſchwingen
des Balanciers in der
Stellung IV aus ſeiner
Zwangslage wieder be-
freit zu werden (vergl.
Fig. 35). Das Aufſchlagen
der Zähne auf die beiden
Cylinderflächen giebt zugleich dem Balancier jedesmal einen kleinen
Stoß, ſo daß derſelbe ſeine Schwingungen fortzuſetzen befähigt wird.
Der Nachteil der Cylinderhemmung iſt der, daß in den Ruhe-
lagen I und III ſich die Zähne zu ſehr am Cylinder reiben, wodurch
auch der Gang des Balanciers ſtark beeinflußt wird. Man muß
[47]Die Taſchenuhren.
alſo dieſe Reibung durch Einölen des Cylinders zu verringern ſuchen.
Aber das Öl behält leider ſeine Leichtflüſſigkeit nicht lange bei; dann
wird aber der Gang der Uhr ſich natürlich verlangſamen. Deshalb
bedürfen die Cylinderuhren einer häufigen Reinigung.

Dieſe Übelſtände werden durch die freien Hemmungen vermieden.
So nennt man ſie, weil ſie mit der Unruhe nicht in ſo feſter Verbindung
ſtehen, wie die Spindel- und die Cylinderhemmung. Sie drehen ſich
nicht um die Achſe der Unruhe, ſondern um eine eigene, die zwiſchen
dem Hemmungsrade und dem Balancier liegt. Die Hemmung liegt nur
auf Momente am Steigrade ſowohl, wie an der Unruhe an, und beide
Teile ſind alſo in ihrem Gange ſehr wenig von einander beeinflußt.
Wo es auf große Genauigkeit und Be-
ſtändigkeit im Uhrgang ankommt, wie bei
den Chronometern, iſt man auf eine ſolche
Hemmung geradezu angewieſen. So iſt u. a.
die Ankerhemmung beſchaffen. In der Fig. 36
bedeuten E, B und A reſp. die Unruhe,
den Anker und das Steigrad. Der Anker
ſetzt ſich nach oben in eine Gabel o o1 fort,
während die Unruhe noch den Hebeſtein h
trägt. Die Unruhe macht hier ſehr große
Schwingungen um die Gleichgewichtslage,
die eben erreicht iſt. Wir ſehen, daß in
dieſem Augenblicke der Hebeſtein zwiſchen
den beiden Fanghörnern o und o1 liegt.
Aber zugleich gleitet der Zahn e des Steig-
rades an der Fläche li des Ankers entlang
und erteilt ihm einen Stoß, der die Gabel
in die Lage B x1 verſetzt. In dieſer bleibt
der Anker liegen, ſperrt mit dem Zahn a1 b1

dem Steigrade den Weg ab und läßt zugleich den Balancier frei,
nachdem er ihm noch mit dem Horn o einen Antrieb verſetzt hat,
der zur Erhaltung ſeiner Bewegung beiträgt. Erſt wenn derſelbe
wieder umkehrt und der Hebeſtein gegen das Horn o ſtößt, wird
das Steigrad befreit, der Zahn e2 wird an der Fläche b1 c1 des
Ankers entlang gleiten und dabei dieſem einen Stoß verſetzen,
der die Gabel in die Lage B x verſetzt. Dieſer Stoß teilt ſich auch
durch den Hebeſtein der Unruhe mit, und ſo wird dieſe in der ange-
deuteten Richtung ein Stück weiter ſchwingen. Inzwiſchen hemmt der
rechte Arm des Ankers die Fortbewegung des Steigrades, bis der
Balancier wieder umkehrt. Dieſe Hemmung iſt als eine ſehr voll-
kommene anzuſehen, weil die Reibung an den Flächen b c und b1 c1 des
Ankers nur ſehr kurze Zeit andauert und die Stöße gegen den Balancier
auch faſt plötzlich erfolgen. So würde ſich die Einrichtung auch für
die Chronometer eignen. Doch zieht man hier gewöhnlich eine andere
[48]Erfindung der Zeitmeßapparate.
freie Hemmung vor, die gerade für die Zwecke ſolcher genauer In-
ſtrumente ausgedacht iſt.

Dieſe müſſen auch noch durch eine andere Vorſicht in ihrem Gange
geſichert ſein. Man braucht ſie vor allem für Reiſezwecke, bei denen
man ja der Pendeluhren vollſtändig entraten muß, und beſonders iſt
der Seefahrer auf ihre Benützung angewieſen. Sie ſollen ihm helfen,
die geographiſche Länge zu beſtimmen, in der er ſich gerade befindet.
Die Methode, nach der man dies vermag, iſt im Jahre 1530 kurz nach
Erfindung der Taſchenuhren von Gemma Friſius angegeben worden.
Wenn zwei Orte auf der Erde eine verſchiedene geographiſche Länge
haben, ſo haben ſie bekanntlich auch einen Zeitunterſchied, und zwar
für jeden Grad Unterſchied in der Länge 4 Minuten Zeitdifferenz.
Wenn man dieſe letztere kennt, ſo iſt alſo auch der Längenunterſchied
leicht zu finden. Man kann nun mit Hilfe eines aſtronomiſchen
Inſtrumentes ſich leicht durch Beobachtung der Sonne oder eines Sternes
die Kenntnis der Zeit verſchaffen an dem Orte, an dem man ſich eben
befindet. Das Chronometer aber, mit dem man verſehen iſt, geht ja
noch nach der Zeit des Ortes, von dem man fortgefahren iſt; ſo hat
man alſo ſofort den Längenunterſchied zwiſchen dieſen beiden Orten.
Der Seemann wird es alſo ſeine höchſte Sorge ſein laſſen müſſen, ein
recht gleichmäßig gehendes Chronometer zu beſitzen. Aber wir hörten

bereits, daß ſchon der Wechſel der Wärme
das Rad der Unruhe vergrößern und ver-
kleinern und damit den Uhrgang langſamer
oder ſchneller machen kann. Man muß
alſo der Wärme wieder entgegenwirken.
Das geſchieht durch die ſogenannte Kom-
penſation der Unruhe. Wir ſehen das hier
verwendete Rad der Unruhe in der Fig. 37
abgebildet. Der Umkreis des Rades iſt an
zwei Stellen m und n durchbrochen und die
Brücke a a' dient dazu, die beiden Teile des
Umkreiſes zuſammenzuhalten. Dieſe Teile
ſind nun ihrerſeits jeder aus zwei Streifen
von verſchiedenen Metallen, etwa aus Stahl
und Meſſing zuſammengeſetzt, wobei das
Metall, das ſich ſtärker auszudehnen vermag, alſo hier das Meſſing,
außen zu liegen kommt. Da ſich bei dieſer Einrichtung das äußere
Metall nicht gehörig auszuſtrecken vermag, ſo wird es mit ſteigender
Wärme ſich ſtärker krümmen müſſen, und ſo werden ſich viele Teile des
Umkreiſes der Radachſe nähern, ſo daß die Ausdehnung des Rades durch
dieſe Nebenwirkung aufgehoben wird. Auf dieſem Prinzipe beruht auch
das Metallthermometer, welches auf S. 26 beſchrieben wurde.

Wir haben im Vorhergehenden eine Reihe von Einrichtungen
beſprochen, durch die man im Laufe der Jahre die Zeitmeßapparate
[49]Die Taſchenuhren.
zu einer hohen Vollkommenheit entwickelt hat. Es iſt ja bekannt, daß
man noch allerhand Apparate mit den Uhren in Verbindung ſetzen
kann, z. B. die Schlagwerke; dieſe können entweder von ſelbſt wirken,
wie es bei unſeren Wanduhren gewöhnlich der Fall iſt, oder ſie ſchlagen
auf einen Druck, den man von außen auf das Werk ausübt. Dieſer Fall
liegt bei den bereits 1676 von Barlow erfundenen Repetieruhren vor.
Die Geſichtspunkte, welche bei der Erfindung der ſogenannten Remontoir-
uhren leiteten, d. h. bei denjenigen, die man ohne beſondere Schlüſſel
am Bügel aufzieht, waren außer der Bequemlichkeit wohl noch der
Umſtand, daß eine Uhr, die man nicht zu öffnen braucht, auch dauer-
hafter iſt. Es giebt ſogar ſchon Uhren, die überhaupt nicht aufgezogen
zu werden brauchen, wenn man ſie nur unterwegs in der Taſche trägt.
Eine ſolche hat Löhr konſtruiert: ein kleiner Hammer ſchwingt, während
der Träger ſeinen Weg zurücklegt, in der Uhr hin und her und beſorgt
von ſelbſt das Aufziehen. Aber wir können nicht alle Neuerungen
und Nebenapparate aufzählen. Werke, die für genaue Meſſungen be-
ſtimmt ſind, muß man von ſolchen Nebenſachen möglichſt frei halten,
weil jede Verwickelung des Uhrwerkes Störungen in den gleichmäßigen
Gang hineinträgt. Auf die elektriſchen und die pneumatiſchen Uhren
werden wir ſpäter zu ſprechen kommen.

Die Uhrmacherei wird jetzt in vielen Ländern fabrikmäßig betrieben.
Um die einzelnen Teile herzuſtellen, ſind beſondere Maſchinen erſonnen
worden. Die Hauptſitze der Uhrmacherei ſind die Schweiz, Deutſch-
land, Frankreich und die Vereinigten Staaten von Nord-Amerika.

Allgemeines.

Das Streben des Menſchen, die in dem Kampfe um das Daſein
zu verrichtende Arbeit nach Möglichkeit ſich zu erleichtern und von
ſich fern zu halten, iſt faſt ſo alt wie die Geſchichte des menſchlichen
Geſchlechtes ſelbſt.

Schon bei den auf der niedrigſten Stufe der Kultur ſtehenden
Völkern finden wir die Ausnützung der Tiere und der Sklaven für
den Transport, für die Beſtellung des Ackers und für anderweitige
notwendige Verrichtungen.

Mit zunehmender Geſittung und Bildung wandte ſich die er-
finderiſche Thätigkeit der Ausnützung der in der Natur aufgeſpeicherten
Kräfte zu. Es kamen zunächſt für eine lange Reihe von Jahrhunderten
nur die Kraft des bewegten Waſſers und des Windes in Betracht.
Noch heute finden die zur Ausnützung dieſer Naturkräfte erſonnenen
Motoren eine weite Anwendung, und wir werden uns mit der Be-
ſprechung derſelben ebenſo eingehend zu befaſſen haben, wie mit der
Beſchreibung der nach den neueſten Prinzipien konſtruierten Dampf-
maſchinen.

Hatte man in den älteſten Zeiten des menſchlichen Geſchlechtes
ſich der teueren Arbeitskräfte der niedrig Geſtellten oder der Tiere
bedient, ſo war man hierbei gezwungen, die Kräfte dieſer lebendigen
Motoren durch geeignete Pflege zu erhalten, um dieſelben thunlichſt
lange ausnützen zu können. Dieſe Rückſicht fiel bei den mit Hilfe des
Waſſers oder des Windes bewegten toten Motoren fort. Dafür aber
hatten dieſe wiederum verſchiedene ſchwer wiegende Nachteile.

Um zunächſt bei der bewegten Luft, dem Winde, zu verweilen, ſo
iſt dieſe Betriebskraft außerordentlich abhängig von Verhältniſſen, welche
ſich der Beeinfluſſung und Regelung ſeitens der Menſchen vollſtändig
[51]Allgemeines.
entziehen. Die Verwendbarkeit derſelben war daher von Haus aus
naturgemäß eine ſehr beſchränkte.

Bei weitem unabhängiger waren die durch die bewegten Waſſer-
maſſen der Flüſſe und Ströme angetriebenen Waſſermotoren. Jedoch
auch bei Anwendung dieſer war man an ganz beſtimmte örtliche
Verhältniſſe gebunden, indem man dieſelben nur an denjenigen Plätzen
errichten und betreiben konnte, wo Betriebswaſſer und Gefälle in hin-
reichendem Maße vorhanden war.

Mit dieſen Wind- und Waſſermotoren hat ſich trotz ihrer Unzu-
verläſſigkeit das menſchliche Geſchlecht Jahrtauſende lang beholfen.
Die Folge hiervon war, daß der induſtrielle Betrieb, ſofern derſelbe
auf eine größere, ſichere Kraftquelle angewieſen war, ſich an den Fluß-
läufen konzentrierte. Das Merkmal der Induſtrie des Zeitalters der
Wind- und Waſſermotoren iſt der Kleinbetrieb und die Hausinduſtrie.
Hierin ſchaffte die Erfindung der Dampfmaſchine bezw. die Vervoll-
kommnung derſelben, wie ſie durch James Watt in der zweiten Hälfte
des vorigen Jahrhunderts mit durchgreifendem Erfolge ausgeführt
wurde, einen völligen Wandel herbei. Als dritte Kraftquelle trat nun-
mehr neben dem Winde und dem Waſſer die Wärme auf.

Die Wirkung der Erfindung der Dampfmaſchine erſtreckte ſich
zunächſt auf den Bergwerksbetrieb. Hier übernahm der geſpannte
Waſſerdampf alsbald erfolgreich die bis dahin mühſam durch Tiere
und Menſchen bewirkte Förderung der unterirdiſchen Schätze aus der
Nacht der Schächte zum Tageslicht. Das Waſſerrad, welches Jahr-
hunderte lang mit ſchwerfälliger Behäbigkeit die Entwäſſerung der
unterirdiſchen Gänge bewirkt und dieſe vor der Überflutung bewahrt
hatte, mußte nun der mächtigen unterirdiſchen Dampfpumpe weichen.

Alsbald eroberte ſich der Dampf auch die übrigen Zweige der
menſchlichen Thätigkeit, die Gewerbe wie das Verkehrsweſen in raſchem
Siegeslaufe. Der großen Allgemeinheit erſcheint der Einfluß der Ein-
führung der Dampfmaſchine am gewaltigſten und überzeugendſten auf
dem Gebiete des Verkehrsweſens, wo das Dampfroß in unauf-
haltſamem Siegeszuge eine völlige Umwälzung von Handel und
Wandel bewirkte. Weniger bekannt dürfte die Wirkung ſein, welche
die Ausnützung der Dampfkraft auf dem Gebiete der Gewerbe ge-
zeitigt hat; man kann dieſelbe kurz dahin zuſammenfaſſen, daß an
Stelle der zahlreichen kleinen Gewerbebetriebe und der Hausinduſtrie
alsbald ein Überwiegen der Großinduſtrie eintrat. Ja, eine große
Anzahl ehemals blühender Kleininduſtrien mußte angeſichts der die
Dampfmaſchine in ihre Dienſte nehmenden Großinduſtrie alsbald faſt
völlig vom Schauplatz ihrer Thätigkeit zurücktreten. Dieſer Kampf
zwiſchen Groß- und Kleininduſtrie, das Kennzeichen des bisher ver-
floſſenen Teiles des Zeitalters der Dampfmaſchine, dauert auch noch
heute in alter Heftigkeit fort. Zum Beweiſe deſſen mögen hier einige
wenige Zahlenangaben folgen.

In den Jahren 1875 und 1882 haben im Deutſchen Reiche
Gewerbezählungen ſtattgefunden, und wurde hierbei die Anzahl der
Gewerbebetriebe überhaupt, ſowie der Kleinbetriebe und der Großbetriebe
feſtgeſtellt und zwar wurde als Großbetrieb jeder Gewerbebetrieb an-
geſehen, welcher mit mehr als 5 Gehilfen arbeitete. Das Ergebniß
dieſer Zählungen war folgendes:

Betrachten wir uns vorſtehende Zahlen etwas näher, ſo fällt uns
hier ſofort die außerordentliche Zunahme des Großbetriebes (39,2 %)
gegenüber dem Kleinbetriebe (1,4 %) auf. Die gleichen Verhältniſſe
liegen natürlicher Weiſe auch bei den betreffenden Klaſſen der Gewerbe-
treibenden vor; hier ſtellt ſich die Zunahme der im Großbetriebe
beſchäftigten auf 17,5 %, während die Zahl der im Kleinbetriebe be-
ſchäftigten nur um 7,6 % wuchs. Im Laufe der Zeit wird ſich dieſer
Prozeß der Zurückdrängung der Kleininduſtrie durch die Großinduſtrie
immer mehr und mehr mit unwiderſtehlicher Gewalt vollziehen, eine
Folge der gewaltigen Umwälzung, welche die Einführung des geſpannten
Waſſerdampfes in die Zahl der treibenden oder motoriſchen Kräfte
mit ſich brachte.

Angeſichts dieſer Thatſache iſt es nicht ohne Intereſſe, kurz die-
jenigen Induſtriegebiete aufzuzählen, auf denen im Jahre 1882 ein
meiſt bedeutendes Überwiegen der Großinduſtrie konſtatiert wurde:

Es entfielen im Jahre 1882

Die Ausnutzung der Kraft des Windes und des bewegten Waſſers
war an beſtimmte meteorologiſche und lokale Bedingungen geknüpft;
[53]Allgemeines.
waren dieſe nicht erfüllt, ſo ſtand eine mechaniſche Leiſtung nicht zur
Verfügung. Wohl konnte man das Gefälle der Flüſſe anſtauen und
aufſpeichern, wohl konnte man das Windrad auf beſonders dem Wind-
ſtrome ausgeſetzten Höhen errichten, ſtets aber war man gezwungen,
die natürliche Triebkraft dort zu benutzen, wo man ſie fand, und man
war genöthigt, mit ihrer vorhandenen Stärke ſich zu begnügen, da man
nicht im Stande war, dieſelbe nach Bedarf oder nach Belieben zu
erhöhen. Ganz anders liegen die Verhältniſſe bei der Ausnutzung der
Wärme. Dieſe kann man erzeugen, wo und wann man will; ſie war
es alſo, die den Menſchen zuerſt unabhängig machte von der Örtlichkeit.
Nicht mehr an beſtimmten Plätzen mußten von jetzt ab die Gewerbe-
betriebe ſich anſiedeln, ſondern überall da, wo das Vorhandenſein der
Rohſtoffe oder ſonſtige Verhältniſſe es wünſchenswerth machten, konnten
dieſelben ſich einrichten und ihre Thätigkeit entfalten. Dieſe Eigenſchaft
der Wärme, ihre Unabhängigkeit von Ort und Zeit, war es, welche
ihrer älteſten Tochter, der Dampfmaſchine, die Wege ebnete und derſelben
den ſchnellen Siegeslauf ermöglichte. Im Laufe der Jahrzehnte ge-
ſellte ſich zu der Dampfmaſchine dann noch die ebenfalls auf der Aus-
nützung der Wärme beruhende Heißluftmaſchine, bei welcher das
bekannte Naturgeſetz zur praktiſchen Anwendung gelangt, daß luft-
förmige Körper, ſobald ihnen Wärme zugeführt wird, ſich ausdehnen,
dagegen bei Wärmeentziehung einen geringeren Raum ausfüllen.

Jedoch der Bedarf an motoriſcher Kraft wuchs von Jahr zu Jahr
und regte die erfinderiſche Thätigkeit zur Aufſchließung weiterer motoriſcher
Kraftquellen an. So ſtellte ſich alsbald als vierte Kraft die chemiſche
Verwandtſchaft verſchiedener Naturkörper ein. Auf ihrer Aus-
nützung beruhen die zahlreichen Gas-, Petroleum- und Benzinmotoren.

In der neueſten Zeit trat dann noch als letzte Kraftquelle der
elektriſche Strom hinzu, deſſen Ausnutzung durch die Elektromotoren
nicht in dieſem Abſchnitte, ſondern unter II. 2. beſchrieben werden
wird. Faſſen wir die heute uns zur Verfügung ſtehenden Kraftquellen,
ſofern wir von der Muskelkraft des Menſchen und der Tiere abſehen,
kurz zuſammen, ſo ſind dies folgende:

• a) das bewegte Waſſer,
• b) die bewegte Luft,
• c) die Wärme,
• d) die chemiſche Verwandtſchaft einzelner Körper,
• e) der elektriſche Strom.

a) Die Waſſermotoren zerfallen in drei Abteilungen:

• 1. die Waſſerräder im engeren Sinne oder vertikalen Waſſer-
  räder,
• 2. die Turbinen oder horizontalen Waſſerräder,
• 3. die Waſſerſäulenmaſchinen.

Während bei den unter 1 und 2 genannten Motoren ein Rad,
deſſen Drehachſe entweder horizontal (Waſſerräder im engeren Sinne)
oder vertikal (Turbinen) liegt, durch das Waſſer in Drehung verſetzt
wird, beſteht das Kennzeichen der Waſſerſäulenmaſchinen darin, daß
das unter einem gewiſſen Druck ſtehende Waſſer in einem Cylinder einen,
auch mehrere Kolben in eine hin- und hergehende Bewegung verſetzt.
Bei dieſen Waſſerſäulenmaſchinen, welche durch gepreßtes Waſſer ge-
trieben werden, möge hier ſchon bemerkt werden, daß dieſelben in neueſter
Zeit für die ſogenannte Kraftübertragung von einer Centrale
mehrfach in Benutzung genommen werden. Öfters verwendet man
alsdann, ohne weſentliche Änderung der Motoren an Stelle des Preß-
waſſers Preßluft, d. h. Luft, welche durch große Luftpumpen in ſtarke
Preſſung verſetzt iſt und nun an Stelle des gepreßten Waſſers als
Betriebskraft in die Motoren eingeführt wird.

b) Was die durch die bewegte Luft oder den Wind angetriebenen
Motoren betrifft, ſo umfaſſen dieſelben nur eine einzige Klaſſe, nämlich:
die Windräder.

Der Vollſtändigkeit halber ſei hier aber nochmals kurz darauf hin-
gewieſen, daß in der neueſten Zeit auch die gepreßte Luft zum Betriebe
von Motoren verwendet wird. Da letztere eine ſehr nahe Verwandtſchaft
mit den durch gepreßtes Waſſer betriebenen Motoren beſitzen, ſo werden
dieſelben im Anſchluß an letztere zur Beſprechung kommen.

c) Unter den verſchiedenen Kraftquellen iſt die Wärme zur Zeit
die am meiſten benutzte. Die mit Hilfe derſelben betriebenen Motoren
zerfallen in:
1. Dampfmaſchinen, 2. Heißluftmaſchinen.

Die hervorragendſte Wärmequelle für den Betrieb der Motoren
wird gebildet durch die unterirdiſchen Steinkohlenlager, welche allerdings
gegenwärtig noch in gewaltiger Fülle zu unſerer Verfügung ſtehen.
Mit unfehlbarer Sicherheit muß aber dermaleinſt der Zeitpunkt ein-
treten, wo dieſe unterirdiſchen Schätze verbraucht ſind, und wo der Menſch
auf neue Mittel und Wege ſinnen muß, die für ſein Daſein unbedingt
erforderliche Wärme ſich zu ſchaffen.

Kraft, Licht und Wärme ſind wir [gewohnt,] in einem Maße aus
den Steinkohlenlagern zu beziehen, daß das Verſiegen derſelben natur-
gemäß eine tiefeingreifende Wandlung der Verhältniſſe des menſchlichen
Geſchlechtes mit ſich bringen muß. Unſer großer Landsmann William
Siemens ließ ſich bereits im Jahre 1878 in einem in the Glasgow
Science Lecture Association gehaltenen Vortrage: „Über die Nutzbarkeit
der Wärme und anderer Naturkräfte“ folgendermaßen aus:

„Der 1871 veröffentlichte Bericht der Kohlenbau-Kommiſſion giebt
das damals noch abzubauende Quantum Kohlen in Großbritannien
auf ungefähr 150000000000 Tonnen an. Gegenwärtig werden etwa
132000000 Tonnen jährlich verbraucht und zieht man noch die ſtatiſtiſch
feſtgeſtellte Konſumvermehrung von 3⅓ Millionen Tonnen pro Jahr in
[55]Allgemeines.
Betracht, ſo würden 250 Jahre genügen, um die Kohlenfelder voll-
ſtändig zu erſchöpfen. Dabei darf man nicht vergeſſen, daß, lange
bevor man die letzte Tonne Kohle zu Tage fördert, die graduelle Abnahme
ſich ſehr fühlbar machen wird. Diſtrikte, wo die Induſtrie und dem-
gemäß die Bevölkerung am größten iſt, werden den Wechſel am erſten
empfinden, und es iſt unſere Pflicht, bei Zeiten zu überlegen, ob und
welche Erſatzmittel dann zu unſerer Verfügung ſtehen.“

Die Erkenntnis der Wichtigkeit der thunlichſt ſparſamen Ausnützung
der unterirdiſchen Kohlenſchätze beginnt glücklicher Weiſe immer mehr
und mehr Allgemeingut zu werden. Die Frucht dieſer Erkenntnis zeigt
ſich auf dem Gebiete der Motoren in einer weit gehenden Ausnützung
des koſtbaren Brennſtoffes, angeſtrebt durch möglichſte Vervollkommung
der Feuerungsanlagen der Dampfkeſſel und der Konſtruktion der Wärme-
motoren.

Trotzdem aber nähert ſich unſere hauptſächlichſte Quelle motoriſcher
Kraft mit Rieſenſchritten ihrer Erſchöpfung. Mit Recht iſt daher die
erfinderiſche Thätigkeit ſeit längerer Zeit der Auffindung eines Erſatzes
der Wärme nach dieſer Richtung zugewendet. Es iſt mit Zuverſicht
anzunehmen, daß bis zu dem Tage, wo die letzte Tonne Kohle an
die Oberfläche der Erde hinaufbefördert werden wird, ein Erſatz der
Wärme als motoriſche Kraft in der Ausnützung anderer Naturkräfte
vorliegt, ſei es der Ebbe und Flut, der gewaltigen Waſſerfälle unſerer
Ströme, ſei es der altbekannten Kraftquelle des Windes.

Es liegt uns zunächſt ob, hier einige kurze Angaben über die
hauptſächlichſten Eigenſchaften des Waſſerdampfes folgen zu laſſen.

Der Waſſerdampf entſteht aus dem Waſſer dadurch, daß dieſem
Wärme zugeführt wird. Die Wärme wird hierbei zum Teil dazu
verbraucht, die Temperatur des Waſſers zu erhöhen, der andere Teil
dient dazu, das Waſſer aus dem tropfbar flüſſigen in den gasförmigen
oder dampfförmigen Zuſtand überzuführen. Erfolgt das Erhitzen des
Waſſers in einem offenen Gefäße, ſo entweicht der Dampf in die
Außenluft. Wird jedoch das Verdampfgefäß geſchloſſen, wird alſo der
Dampf daran gehindert, in die Außenluft überzutreten, ſo nimmt der-
ſelbe allmählich eine immer größere Spannung an, mittelſt welcher er
die ihn zurückhaltenden Wandungen des Gefäßes zu beſeitigen ſtrebt.
Dieſe Eigenſchaft intereſſiert uns hier in erſter Linie, da dieſelbe dazu
ausgenutzt wird, Körper in Bewegung zu ſetzen und zur Verrichtung
von Arbeit zu benutzen. Zur Meſſung des von dem Dampfe aus-
geübten Druckes dient das Manometer, welches direkt auf dem den
Dampf erzeugenden Gefäße, dem Dampfkeſſel, angebracht wird, und
an einem Zeiger den Druck ableſen läßt. Die näheren Einrichtungen
des Dampfkeſſels und ſeiner Armatur werden zugleich mit denjenigen
der Dampfmaſchine ſpäter beſprochen werden.

Bei Angabe des Dampfdruckes hat man zu unterſcheiden den
abſoluten und den effektiven Druck oder Überdruck. Bekanntlich übt
[56]Die Motoren.
die den Erdball umgebende Atmoſphäre auf jedes Quadratzentimeter
der Erdoberfläche einen Druck von 1 Kilogramm aus; dieſen Druck
nennt man den Atmoſphärendruck und mittelſt deſſelben mißt man den-
jenigen Druck, welchen der Dampf, ſowie andere gepreßte Medien,
z. B. Luft oder Waſſer, auf ihre Umgebung ausüben.^*) Drückt der in
einem Dampfkeſſel enthaltene Dampf mit einem Druck von 5 Atmoſphären
gegen die Innenwandung des Keſſels, ſo will dieſes beſagen, daß der
Dampf auf jeden Quadratzentimeter der Innenwand einen Druck von
5 Kilogramm ausübt. Es iſt nun aber zu berückſichtigen, daß auf
die äußere Seite der Keſſelwandung die natürliche Atmoſphäre, d. h.
die den Erdball umgebende Luftſchicht, einen Druck von einem Kilo-
gramm pro Quadratzentimeter ausübt, welcher dem innern Drucke des
Keſſels entgegengerichtet wirkt, ſo daß die Wandung des Keſſels einen
von innen nach außen gerichteten Überdruck von 4 Kilogramm pro
Quadratzentimeter auszuhalten hat. Abſolut gemeſſen beträgt alſo der
im Keſſel herrſchende Druck 5 Atmoſphären; effektiv, d. h. unter Abzug
des Druckes der äußeren Atmoſphäre ſtellt ſich derſelbe jedoch auf nur
4 Atmoſphären. Bei dem Bau von Dampfkeſſeln und Maſchinen wird
ſtets dieſer effektive Druck oder Überdruck angegeben, da er es iſt, welcher
die treibende Kraft gegenüber dem äußeren Luftdruck repräſentirt.

Der in dem Dampfkeſſel herrſchenden Dampfſpannung entſpricht
ſtets ein beſtimmter Siedepunkt; ſo entſpricht einem abſoluten Druck
von 1 Atmoſphäre ein Siedepunkt von 100°C. Wird aus einem Dampf-
keſſel ein Quantum Dampf entnommen, ſo ſinkt hierdurch natürlich der
Druck, welcher im Innern des Keſſels herrſcht; da nun aber hierbei
die Waſſertemperatur eine höhere iſt, als der Siedepunkt, welcher dieſem
verminderten Dampfdruck entſpricht, ſo findet mit großer Schnelligkeit
nunmehr im Keſſel ſo lange eine ſtarke Dampfentwicklung ſtatt, bis
der Druck wiederum diejenige Höhe erreicht hat, welche der herrſchenden
Temperatur als Siedepunkt entſpricht. Der dieſer Bedingung ent-
ſprechende Dampf, welcher für die in ihm herrſchende Temperatur die
größtmögliche Dichte beſitzt, heißt geſättigter Dampf. In der nach-
ſtehenden Tabelle iſt der Siedepunkt des Waſſers für verſchiedene
Dampfſpannungen angegeben und zwar mit etwas abgerundeten Zahlen.

Es beträgt die Siedetemperatur bei einem Druck von

Der Zuſtand der Sättigung dauert bei dem Dampfe ſo lange,
als er mit dem Waſſer, aus dem er ſich bildet, in Berührung bleibt.
Iſt alles Waſſer in Dampf verwandelt, und wird dieſer alsdann noch
in einem geſchloſſenen Gefäß des weiteren erhitzt, ſo nennt man ihn
überhitzten Dampf. Dieſer beſitzt ſomit eine Temperatur, welche die
ſeiner Spannung entſprechende Siedetemperatur überſteigt.

Außer der Beziehung zwiſchen dem Siedepunkte und der Spannung
exiſtiren auch noch ganz beſtimmte Verhältniſſe zwiſchen der Spannung
und dem Gewichte des Dampfes. Hierüber möge nachſtehende kleine
Tabelle Aufſchluß geben:

Die weſentlichſte Eigenſchaft des Dampfes iſt, wie bereits kurz
erwähnt wurde, die, daß er beſtrebt iſt, auf ſeine Umgebung einen
Druck auszuüben und die ihn umgebenden Wandungen zu verſchieben.
Es iſt dieſes eine Folge des dem Dampfe inne wohnenden Expanſions-
beſtrebens, d. h. des Strebens, ein möglichſt großes Volumen ein-
zunehmen. Dieſes wird bei der Dampfmaſchine in der Weiſe ausgenützt,
daß in einem cylindriſchen Gefäße, dem Dampfcylinder, ein Kolben
verſchiebbar angeordnet iſt. Läßt man in dieſen Cylinder Dampf
einſtrömen, ſo treibt dieſer den Kolben in der einen Richtung vorwärts
und es iſt nur noch eine Einrichtung erforderlich, welche dieſe dem
Kolben mitgeteilte Bewegung zu einer regelmäßigen macht und zur
Leiſtung einer Arbeit ausnützt. Als man die Expanſionskraft des
Dampfes näher erkannte, nutzte man dieſelbe noch des weiteren in der
Weiſe aus, daß man den Dampf nicht während des geſamten Kolben-
weges in den Cylinder einſtrömen ließ, ſondern nur während eines
Teiles des Kolbenweges. Man ſchnitt die Zufuhr des Dampfes als-
bald nach dem Eintritt eines gewiſſen Quantums ab, und ließ dieſes
dann durch ſeine Expanſion allein weiter wirken. Es iſt dieſes, wie
ſpäter noch des näheren ausgeführt werden wird, die jetzt allgemein
[58]Die Motoren.
gebräuchliche Art und Weiſe der Ausnutzung des Dampfes in den
Dampfmaſchinen.

Zum Schluſſe dieſer allgemeinen Vorbemerkung über das Weſen
des Dampfes müſſen wir noch kurz auf den Zuſammenhang zwiſchen
Wärme und mechaniſcher Arbeit eingehen.

Die Lehre der modernen Phyſik hinſichtlich des Weſens der
mechaniſchen Arbeit und der Wärme faßt letztere als eine Art der Be-
wegung auf. Wärme und mechaniſche Arbeit treten abwechſelnd bald als
Urſache, bald als Wirkung auf. Man kann daher jede Wärmeerſcheinung
als ein Produkt mechaniſcher Arbeit und jede mechaniſche Arbeit als
ein Produkt der Wärme auffaſſen.

Es iſt nun durch Verſuche feſtgeſtellt worden, daß bei einem
Barometerſtande von 760 mm eine Arbeit von etwa 424 Kilogrammetern
erforderlich iſt, um 1 Kalorie hervorzubringen, d. i. diejenige Wärme-
menge, welche erforderlich iſt, um 1 Kilogramm Waſſer von 0° auf
1°C. zu erwärmen. Dieſen Arbeitsbetrag von 424 Kilogrammetern
nennt man das mechaniſche Wärmeäquivalent.

Vorſtehende, von Joule und Mayer des weiteren ausgeſponnene
Beobachtung, auf welcher unſere geſamten modernen Anſchauungen von
dem Weſen der Wärme, die heutige mechaniſche Wärmetheorie, beruhen,
ſind wohl ſelten von einem Fachmanne ſo treffend zum Ausdruck ge-
bracht, wie von George Stephenſon, dem Vater der Lokomotive. Als
man ihn frug, worin die letzte Urſache der Bewegung ſeiner Lokomotiven
beſtehe, antwortete er: „bottled sun beams,“ „auf Flaſchen gezogene
Sonnenſtrahlen.“ In der That iſt hier in wenigen Worten das Prinzip
der Wechſelbeziehung zwiſchen Wärme und Kraft in ſchlagendſter Weiſe
zum Ausdruck gebracht. Die uns zur Verfügung ſtehenden Brennſtoffe
ſind ſämtlich ein Produkt der Thätigkeit der Sonne und ſo konnte
Stephenſon mit Recht die Steinkohlen, die Kraftquellen ſeines Dampf-
roſſes, als Sonnenſtrahlen bezeichnen, welche im Erdinnern aufge-
ſpeichert liegen, bis ſie an des Tages Licht gebracht werden, um wieder
in Arbeit umgeſetzt zu werden.

d) Die letzte der uns zur Verfügung ſtehenden, hier zu behandelnden
Kraftquellen iſt die chemiſche Verwandtſchaft einzelner Körper.
Dieſe findet ihre Anwendung bei den während der letzten Jahrzehnte in
vielen tauſenden von Exemplaren in Betrieb befindlichen
Gasmotoren und
Petroleum- bezw. Benzinmotoren.

Bei dieſen erfolgt die Bildung der motoriſchen Kraft in der Weiſe,
daß Gas, ſei es gewöhnliches Leuchtgas oder Petroleumgas, im
Gemiſch mit Luft zur Exploſion gebracht wird.

Nachdem wir ſo im Vorſtehenden einen kurzen Überblick über die
verſchiedenen Arten der Kraftquellen und der Motoren gegeben haben,
bleibt uns, bevor wir zu einer Beſprechung der einzelnen Konſtruktionen
[59]Allgemeines.
übergehen, nur noch übrig, einige für ſämtliche Motoren beſtehende
Verhältniſſe kurz zu erläutern.

Handelt es ſich darum, eine Kraftquelle auszunützen, ſo muß man
zunächſt die Kraft gleichſam einfangen, feſthalten und derſelben eine
ſolche Richtung geben, daß ſie im Stande iſt, eine beſtimmte nützliche
Arbeit zu verrichten.

Nehmen wir das Beiſpiel des bewegten Waſſers an. Hier müſſen
wir zunächſt dem Waſſer eine ſolche Richtung der Bewegung geben,
daß daſſelbe im Stande iſt, einen Motor, beiſpielsweiſe ein Waſſerrad
zu betreiben und mittelſt dieſes das Werk einer Mühle zu bewegen.
Wollen wir die Spannkraft des Dampfes ausnützen, ſo müſſen wir
dieſen zunächſt in einem Gefäße erzeugen und ſammeln und alsdann
einer Vorrichtung zuführen, durch welche derſelbe in den Stand geſetzt
wird, eine Anzahl von Werkzeugmaſchinen, z. B. zur Bearbeitung von
Holz oder Eiſen, oder eine Buchdruckerei, Spinnerei u. ſ. w., in Be-
wegung zu ſetzen. Bei der Ausnützung der Kraftquellen müſſen wir
daher unterſcheiden: den Motor oder die Kraftmaſchine, wodurch
die Kraft aufgefangen und in einer beſtimmten Richtung abgegeben
wird, und die Arbeitsmaſchine, welche die durch den Motor ge-
äußerte Kraft nutzbar verwertet. Zwiſchen beiden beſteht ein inniger
Zuſammenhang, indem letztere nur ſoviel Kraft verbrauchen kann, als
der Motor derſelben zuführt.

Dieſer letztere Umſtand iſt für die praktiſche Ausnützung der
motoriſchen Kräfte von ganz beſonderer Wichtigkeit, indem die dem
Motor zu gebende Größe oder Stärke genau nach dem Kraftverbrauche
der zu betreibenden Arbeitsmaſchine zu bemeſſen iſt. Dieſes führt uns
auf die Frage, wie man die Stärke eines Motors mißt bez. ausdrückt
und wie man dieſelbe je nach den vorliegenden Verhältniſſen zu bemeſſen
im Stande iſt.

Nach den Regeln der Mechanik iſt die von einem Motor zu
leiſtende Arbeit gleich dem Produkte von Kraft mal Weg. Welcher
Art nun auch dieſe Kraft ſein mag, dieſelbe läßt ſich ſtets mit dem
Gewichte eines den gleichen Zug und Druck ausübenden Körpers
vergleichen; als Einheitsmaß dieſes Zuges oder Druckes gilt gegen-
wärtig allgemein das Kilogramm. Da dieſes meiſt zu ſehr großen
und unbequemen Zahlen führt, ſo hat man für die Beſtimmung der
Stärke von Kraftmaſchinen oder Motoren eine größere Einheit, die
Pferdekraft oder Pferdeſtärke, eingeführt, und zwar verſteht man
unter dieſer eine Kraft, welche erforderlich iſt, um 1 Kilogramm in
einer Sekunde auf eine Höhe von 75 Metern oder 75 Kilogramm in
einer Sekunde auf eine Höhe von 1 Meter zu heben. Mit der Kraft
des Pferdes geſtattet dieſe Maßeinheit von 75 Kilogrammmetern keinerlei
Vergleich. Um einen derartigen, für den Laien ſehr nahe liegenden
Irrtum zu vermeiden, hat man vorgeſchlagen, den Ausdruck „Pferde-
kraft“ durch „Dampfpferd“ (cheval-vapeur) oder „Dynamiſches Pferd“
[60]Die Motoren.
(cheval dynamique) zu erſetzen; jedoch ohne Erfolg, da erſtere Be-
zeichnung ſich durch die lange Reihe der Jahre bereits vollkommen ein-
gebürgert hat. In der Abkürzung bezeichnet man die Pferdeſtärke meiſt
mit H. P. (Horse Power), ſo daß alſo unter einer Dampfmaſchine von
45 H. P. eine ſolche von 45 Pferdekräften zu verſtehen iſt.

Die dem Motor zugeführte Kraft kann in demſelben in Folge
verſchiedener ſtörender Umſtände niemals voll und ganz zur Ausnützung
gelangen. Es geht vielmehr ſtets ein Teil der Kraft durch die in dem
Motor vorhandenen Reibungswiderſtände, durch Abkühlung, durch
Erhitzung u. ſ. w. verloren. Die von dem Motor abgegebene Kraft-
leiſtung entſpricht daher niemals völlig der demſelben zugeführten
Kraftmenge. Wir wollen dieſes an einem Beiſpiele kurz näher erläutern.
Es betrage die von einem oberſchlägigen Waſſerrade nach Maßgabe
der in jeder Sekunde zugeführten Waſſermenge ſowie nach Maßgabe
des Gefälles zu leiſtende Zahl der Pferdekräfte 32. Thatſächlich
vermag jedoch das Rad dieſe 32 ihm theoretiſch zukommenden Pferde-
ſtärken nicht zu leiſten, ſondern nur 24 Pferdeſtärken. Die fehlenden
8 Pferdeſtärken werden verbraucht zur Überwindung der Reibung an
den Zapfen, durch zu frühes Austreten des Waſſers aus dem Rade u. ſ. w.
Man nennt nun die auf rein theoretiſchem Wege feſtgeſtellte, berechnete
Leiſtung eines Motors den Abſoluteffekt, dagegen den von demſelben
thatſächlich geleiſteten den Nutzeffekt; das Verhältniß zwiſchen beiden,
alſo Nutzeffekt dividirt durch Abſoluteffekt, nennt man den Wirkungs-
grad des Motors; letzterer iſt ſtets kleiner als 1. Bei obigem Beiſpiele
beträgt der Abſoluteffekt 32 Pferdeſtärken, der Nutzeffekt dagegen nur
24 Pferdeſtärken; mithin ergiebt ſich ein Wirkungsgrad von 24/32=0,75.
Der Abſoluteffekt eines Motors kann durch Rechnung aus den Ab-
meſſungen deſſelben und der Kraftmenge feſtgeſtellt werden; der Nutz-
effekt wird durch beſondere Apparate, Dynamometer, gemeſſen.

Nach dieſen kurzen einleitenden Bemerkungen wenden wir uns
nunmehr der Beſprechung der verſchiedenen Arten der Motoren zu.

a) Der Menſch und das Tier als Motor.

Der Menſch mit ſeiner Muskelkraft, ſeinem Gewichte und ſeiner
die mannigfachſten Bewegungen geſtattenden Gelenkigkeit kennzeichnet
ſich als der bequemſte und, berückſichtigt man die Intelligenz desſelben,
als der vorzüglichſte Motor. In der That giebt es eine große
Anzahl motoriſcher Verrichtungen, welche durch die Muskelkraft des
Menſchen ausgeführt werden; wir erinnern nur an die zahlreichen
Winden, Spinnvorrichtungen, Nähmaſchinen, Baurammen u. ſ. w. welche
ſämmtlich durch die Hand oder die Füße von Menſchen bewegt werden.
Über die Leiſtungsfähigkeit des Menſchen als Motor ſind von ver-
ſchiedenen Fachleuten höchſt intereſſante Beobachtungen gemacht. So
[61]Der Menſch und das Tier als Motor.
ſtellte Dupin feſt, daß er die ſtärkſte Leiſtung bei den Fremdenführern
der Alpen gefunden habe, die bei fortwährendem Anſteigen und belaſtet
mit mindeſtens 12 Kilogrammen ohne Mühe einen täglichen Marſch
von 10 Stunden — nach Abzug der Erholungspauſen — zurücklegen.

Nimmt man an, daß das Gewicht eines ſolchen Führers im
Durchſchnitt 70 Kilogramm beträgt, und nimmt man ferner an, daß
einer Stunde des zurückgelegten Weges eine ſenkrechte Steigung von
400 Metern entſpricht, ſo ergiebt dieſes eine tägliche Leiſtung von
82 × 400 × 10 = 328000 Kilogrammeter.

Eine andere Beobachtung rührt von Coulomb her. Dieſer ließ
Holz in Körben in ſeine 12 Meter über dem Erdboden liegende Wohnung
bringen; hierbei wog die zu hebende Laſt (Korb und Holz) 68 Kilogramm
und der Träger ſelbſt 70 Kilogramm; das durch die Muskelkraft des
letzteren auf 12 Meter Höhe hinaufzuſchaffende Gewicht betrug alſo
138 Kilogramm. Während eines Tages machte der Träger 66 mal
den Weg von unten nach oben mit ſeiner Laſt auf der Schulter; hieraus
ergab ſich eine Leiſtung von 138 × 12 × 66 = 109296 Kilogrammetern.

Hierzu kommt noch die Arbeitsleiſtung für das Hinabſteigen ohne
Laſt; dieſe nahm Coulomb zu 1/25 der beim Hinaufſteigen geleiſteten
Arbeit an und erhielt ſomit 113668 Kilogrammeter als tägliche Geſamt-
leiſtung des Trägers.

Einen ſehr intereſſanten Vergleich ſtellt Rühlmann nach dem
Vorgange von Dr. Mayer, dem Vater der modernen mechaniſchen
Wärmetheorie, und Redtenbacher an, indem er den menſchlichen Or-
ganismus als eine kaloriſche Maſchine, d. h. als einen Motor betrachtet,
bei welchem diejenige Wärme als bewegende Kraft auftritt, welche
durch das Verbrennen ([Oxydieren]) des in den Nahrungsmitteln ent-
haltenen Kohlenſtoffes und Waſſerſtoffes entwickelt wird.

Es läßt ſich annehmen, daß ein geſunder mittelſtarker Mann in
mittlerem Alter innerhalb 24 Stunden 0,252 Kilogramm Kohlenſtoff
und 0,01558 Kilogramm Waſſerſtoff oxydiert.

Es iſt bekannt, daß durch das Verbrennen von 1 Kilogramm
Kohlenſtoff 8080 Wärmeeinheiten oder Kalorien entwickelt werden und
durch das Verbrennen von 1 Kilogramm Waſſerſtoff 34462 Wärme-
einheiten; man erhält ſomit für die geſamte Ernährungswärme des
Menſchen:
0,252 × 8080 + 0,01558 × 34462 = 2473,18 Wärmeeinheiten.

Mayer hat, wie wir bereits mitteilten, nachgewieſen, daß Wärme
und mechaniſche Arbeit äquivalent ſind und daß durch eine mechaniſche
Arbeit von etwa 425 Kilogrammetern eine Wärme erzeugt wird,
durch welche ein Kilogramm Waſſer von 0° auf 1°C. erhitzt wird.
Demnach ergiebt ſich, daß die vorſtehend berechnete Ernährungs-
wärme eines Menſchen einer mechaniſchen Arbeit oder einer Leiſtung
entſpricht von
2473,18 × 425 = 1051000 Kilogrammetern.

Dividieren wir die von Dupin bei den Alpenführern feſtgeſtellte
Leiſtung mit dieſer Zahl, ſo erhalten wir einen Wirkungsgrad des
Menſchen als Motor von .

Zieht man noch ſolche Beobachtungen in Betracht, welche von
anderen Experimentatoren hinſichtlich der Leiſtungen von Menſchen
gemacht worden ſind, ſo ergiebt ſich der Wirkungsgrad des Menſchen als
Motor zu 0,26, d. h. der Menſch leiſtet 26 % derjenigen Arbeit, welche
der Wärme entſpricht, die ſich aus den täglich eingenommenen Nahrungs-
mitteln ergiebt. 74 % gehen mithin verloren durch den Stoffwechſel,
durch Transpiration u. ſ. w.

Zieht man in Rückſicht, daß bei der Dampfmaſchine der Nutz-
effekt im Durchſchnitt nur 0,063 beträgt, ſo kommt man zu dem inter-
eſſanten Ergebnis, daß der Menſch als Motor eine 4 mal beſſere
kaloriſche Maſchine iſt, als eine gute Dampfmaſchine. Zu beachten iſt
jedoch hier noch der ſchwerwiegende Umſtand, daß das Heizmaterial
der menſchlichen Maſchine, die Nahrung, faſt um das Dreißigfache
theurer iſt als Steinkohle.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die Art und Weiſe, in welcher
die motoriſche Kraft des Menſchen ausgenutzt wird, eine ſehr verſchiedene
ſein. Gegenwärtig geſchieht dieſelbe meiſt durch den Hebel und die
Kurbel, an welchen die Hand oder der Fuß des Menſchen angreift
und mittelſt deren der Antrieb einer Arbeitsmaſchine erfolgt.

Als eine beſondere Art von Motoren, welche durch das Gewicht
des Menſchen bewegt werden, ſind die Treträder zu erwähnen. Es
ſind dieſes Räder mit horizontaler Drehachſe, welche an ihrem äußeren
Umfange mit Sproſſen verſehen ſind. In dieſen Sproſſen klettert der
Menſch aufwärts, in Folge deſſen eine Drehung des Rades und deſſen
Achſe erfolgt. Die Verwendung dieſer Maſchine beſchränkt ſich gegen-
wärtig nur noch auf die wenig ziviliſierten Völker und beſitzt zur Zeit
faſt nur noch ein rein hiſtoriſches Intereſſe.

Wenden wir uns nunmehr der Ausnützung der Muskelkräfte der
Tiere zu, ſo kommt hier in erſter Linie das Pferd in Betracht, indem
dasſelbe zur Ausübung eines Zuges benutzt wird, welcher alsdann
zur Leiſtung einer Arbeit verwendet wird. Die einfachſte Art der Aus-
nützung von Tierkraft geſchieht zum Heben von Laſten, indem das
die Laſt tragende Seil über eine in der gewünſchten Höhe angebrachte
Rolle geleitet wird; an dem freien Ende des Seiles wird ein Pferd
angeſpannt, welches bei ſeinem Vorwärtsſchreiten das Seil mit ſich
zieht und die Laſt zu der Höhe der Rolle emporhebt. Dieſe Art der
Hebung von Laſten auf mitunter recht erhebliche Höhen findet man noch
gegenwärtig bei dem Hinaufwinden von Balken auf die Höhen der
oberen Etagen von Bauwerken vielfach in Gebrauch.

Sehen wir von den durch das Eigengewicht von Tieren bewegten
Tretwerken, welche im Weſentlichen mit den vorſtehend für Menſchen-
[63]Der Menſch und das Tier als Motor.
kraft beſchriebenen übereinſtimmen, ab, ſo iſt der bei weitem hervor-
ragendſte durch Tierkraft betriebene Motor der Göpel oder das
Roßwerk. Man baut die Göpel entweder als feſtſtehende oder als
transportable. In erſterem Falle verbleiben dieſelben ein für alle mal
an einem beſtimmten Orte, während ſie im anderen Falle leicht je nach
Bedarf transportiert und verlegt werden können.

Fig. 38 ſtellt einen transportablen Göpel dar, wie derſelbe von
der bekannten Maſchinenfabrik Aktien-Geſellſchaft H. F. Eckert in Berlin
gebaut wird. Das große Triebrad, oberhalb deſſen ein Sitz für den
die ziehenden Pferde beaufſichtigenden Mann angebracht iſt, trägt die
4 Zugbäume, an welchen die Pferde angeſpannt werden. Wird durch
dieſe das große Rad in Drehung verſetzt, ſo wird durch eine mehrfache
Räderüberſetzung die nach links abgehende Welle bewegt, welche die
zu betreibenden Maſchinen, Dreſchmaſchine, Futterſchneider u. ſ. w., in
Gang ſetzt. Die ganze Vorrichtung ruht auf einem kräftigen Rahmen
aus Eichenholz und kann leicht von einem Ort zum andern geſchafft werden.

Mit der zunehmenden Kultur und mit dem immer mehr und mehr
wachſenden Verlangen nach einer großen und leiſtungsfähigen Triebkraft
verſchwand der Menſch und das Tier immer mehr und mehr aus der
Zahl der Motoren. Nur das letztere hat nach dieſer Richtung gegen-
wärtig noch eine größere Bedeutung und zwar als Antriebskraft für
die oben beſchriebenen Göpel, welche im landwirtſchaftlichen Betriebe
wegen ihrer Bequemlichkeit und wegen des Mangels der Feuergefähr-
lichkeit einer weiten Verbreitung noch jetzt ſich erfreuen.

b) Die Waſſermotoren.

c) Die Windmotoren.

Der Name des Erfinders der Windmotoren iſt nicht feſtzuſtellen;
jedenfalls aber gehörte dieſer dem deutſchen Volke an, denn von jeher
wurden die älteſten Windmühlen als deutſche Windmühlen bezeichnet.
[73]Die Windmotoren.

[74]Die Motoren.

Es iſt auch wohl behauptet worden, daß die Windmühlen durch die
Kreuzfahrer aus dem Orient nach dem Abendlande übertragen worden
ſeien; es iſt jedoch hiſtoriſch nachzuweiſen, daß weder die Griechen noch
die Römer, noch die aſiatiſchen Völkerſchaften die Ausnutzung des
Windes zur Erzielung motoriſcher Kraft gekannt haben. Noch heute
ſind Windmühlen im geſammten Oriente verhältnismäßig ſehr ſelten
anzutreffen, und dürften die wenigen vorhandenen Exemplare jedenfalls
europäiſchen bezw. abendländiſchen Urſprunges ſein.

Das erſte urkundenmäßig feſtzuſtellende Vorkommen von Wind-
mühlen datiert nach Rühlmann aus dem Jahre 1105; zu dieſer Zeit
erhielt ein franzöſiſches Kloſter die Erlaubnis zur Anlage von Waſſer-
und Windmühlen (molendina ad ventum).

Die älteſten ſogenannten deutſchen Windmühlen waren in der
Weiſe angeordnet, daß der eigentliche Windmotor, das Flügelrad, mit
[75]Die Windmotoren.
dem zur Aufnahme des Mühl-
werkes dienenden Gebäude ſo
verbunden war, daß bei Rich-
tung der Änderung des Windes
das geſamte Gebäude um einen
ſenkrechten feſten Ständer, den
ſogenannten Hausbaum, ge-
dreht werden mußte. Dieſe An-
ordnung erforderte jedoch einen
außerordentlich hohen Aufwand
an Kraft und Zeit. Zur Ver-
meidung deſſen ging man in
Holland ſchon im 16. Jahr-
hundert dazu über, das eigent-
liche Mühlengebäude maſſiv
auszuführen, das Windrad in
dem Dache deſſelben anzu-
ordnen und dieſes mit einer
Vorrichtung zu verſehen, welche
es ermöglichte, das Windrad
und das Dach zugleich nach

der jeweilig herrſchenden Windrichtung einzuſtellen. Die letztere Art
der Windmühlen bezeichnet man als holländiſche Windmühlen.

In der letzten Hälfte des achtzehnten Jahrhunderts erfuhren dieſe
holländiſchen Windmühlen in England eine ſehr weſentliche Verbeſſerung
durch die Hinzufügung eines zweiten Windrades, welches entgegengeſetzt
zu dem eigentlichen Windmotor auf der andern Seite des beweglichen
Daches angeordnet iſt und den Zweck hat, das Dach nebſt dem Wind-
motor ſelbſtthätig in die erforderliche Stellung zu der Richtung des
Windes zu bringen.

Gegenwärtig findet man zahlreiche Exemplare der ſämtlichen vor-
ſtehend beſchriebenen Arten von Windmühlen in Gebrauch, nämlich ſowohl
die deutſche mit feſtem Ständer, wie die holländiſche Windmühle mit durch
Menſchenkraft oder ſelbſtthätig verſtellbarem Dache.

Was zunächſt die Konſtruktion der Windflügel betrifft, ſo iſt die-
ſelbe in den Figuren 50 und 51 in größerem Maßſtabe dargeſtellt.

An der Flügelwelle a, welche in der Wand bezw. in dem Dache
des Mühlengebäudes drehbar gelagert iſt, ſind die Flügel, meiſt deren
vier, befeſtigt. Jeder Flügel beſteht aus der ſogenannten Rute f von
Tannen- oder Kiefernholz; dieſelbe hat an der Welle a eine Stärke von
30 bis 32 cm und verjüngt ſich an ihrem äußerſten Ende bis auf etwa
15 cm; ihre Länge beträgt bis zu 25 m. Durch dieſe Rute f ſind
dann die Sproſſen k hindurchgeſteckt, welche mit Segeltuch überſpannt
werden und auf dieſe Weiſe den Winddruck aufnehmen, infolge deſſen die
Welle a ſich dreht und das eigentliche Mühlenwerk in Bewegung ſetzt.
[76]Die Motoren.

Wie aus Fig. 50 zu erſehen iſt, ſind die Sproſſen k ſämtlich in
verſchiedenen Richtungen zu der Rute f angeordnet, ſo daß die Fläche
des Segeltuches nicht direkt rechtwinklig von dem in der Richtung des
Pfeiles W wirkenden Winde getroffen wird. Die Art und Weiſe, in
welcher die Prallfläche durch Stellung der Sproſſen k gebildet wird,
iſt Sache der Erfahrung, und es gelten hierfür zahlreiche praktiſch
erprobte Regeln, auf welche näher einzugehen hier nicht der Ort iſt.

In der Fig. 52 iſt das Dach einer modernen holländiſchen
Windmühle mit ſelbſtthätiger Einſtellung des Windrades im Querſchnitt
dargeſtellt.

In der Figur iſt links das eigentliche Windrad B, deſſen Ruten
der Platzerſparnis halber nur zum Teil dargeſtellt ſind, zu ſehen,
während auf der entgegengeſetzten Seite des drehbaren Daches H das
kleine Windrad l ſich befindet, welches lediglich den Zweck hat, das
Dach und das eigentliche Hauptwindrad je nach der herrſchenden
Windrichtung in die richtige Stellung ſelbſtthätig hineinzubringen.

Die Wirkungsweiſe dieſer Vorrichtung iſt folgende. Sobald der
Wind eine Richtung annimmt, welche nicht mit der Richtung der Achſe A
des Windrades B zuſammenfällt, dreht ſich das Windrad l, welches
normal zum Windrade B angeordnet iſt. Durch Vermittelung von
Kegelrädern dreht ſich dann die Welle g und ſetzt mittels der Räder e
und f eine endloſe Schraube in Drehung, welche nunmehr das Zahn-
[78]Die Motoren.
rad b antreibt. Dieſes greift in einen Zahnkranz ein, welcher auf der
Oberkante des Mühlengebäudes unterhalb des beweglichen Daches
liegt. Die Folge dieſer Anordnung iſt die, daß das Dach bei ein-
tretender Änderung des Windes durch das Rad l ſelbſtthätig gedreht
wird, bis die Windrichtung mit der Richtung der Achſe A zuſammen-
fällt. Die in der Fig. 52 dargeſtellte Windmühle iſt noch inſofern
von Intereſſe, als bei derſelben die zur Aufnahme des Winddruckes
dienenden Flächen der Flügel nicht durch überſpanntes Segeltuch,
ſondern durch verſtellbare Jalouſieklappen gebildet werden. Um die
Lage dieſer Klappen je nach der Stärke des Windes bequem reguliren
zu können, iſt in dem Innern der hohlen Welle A eine Stange v an-
gebracht, welche einerſeits mittels des Hebels w an den Jalouſieklappen
angreift, und andererſeits mittels des Zahnbogens g, des Hebels r
und des Zugſeiles t vor- und rückwärts bewegt werden kann. Schließ-
lich iſt noch zu erwähnen, daß das auf der Welle A ſitzende große
Kegelrad D die in der Mitte der Mühle angeordnete ſenkrechte Haupt-
welle antreibt, von welcher aus die ſämtlichen Mahlgänge mit ihren
Hilfsmaſchinen in Bewegung geſetzt werden.

In der neueſten Zeit hat man das Windrad vielfach für Zwecke
der Landwirtſchaft und des Gartenbaues, ja ſogar auch für Zwecke
des Eiſenbahnbetriebes, nämlich zum Pumpen von Waſſer angewendet.
Wir bringen nebenſtehend einige Beiſpiele dieſer von der Firma Carl
Reinſch in Dresden als Spezialität gebauten modernſten Windräder.
Wie aus der Abbildung ohne Weiteres zu erſehen, weichen dieſelben
hinſichtlich ihrer Bauart nicht unerheblich von den bisher beſchriebenen
Flügelrädern ab. Dieſelben haben einen Durchmeſſer von 3 bis 12 m
und leiſten bei einer ſekundlichen Geſchwindigkeit des Windes von 7 m
¾ bis 18 Pferdeſtärken. Fig. 53 zeigt die Anwendung eines
derartigen Motors zur Entwäſſerung eines Steinbruches. Auf einem
Felſenvorſprunge in der Tiefe des Bruches iſt ein Pumpwerk auf-
geſtellt, welches durch ein vom Motor hin- und herbewegtes Zug-
geſtänge ſeinen Antrieb erhält und das Waſſer von der Sohle des
Bruches nach oben befördert. Fig. 54 zeigt eine durch einen Wind-
motor betriebene Waſſerſtation, von welcher aus die Lokomotiven das
erforderliche Speiſewaſſer erhalten; Fig. 55 zeigt ein Pumpwerk mit
Waſſerelevator und Fig. 56 eine landwirtſchaftliche Maſchinenanlage
mit Schrotmühle, Quetſch- und Häckſelſchneidemaſchine.

Zum Schluß möge hier eine kleine Anzahl von Beobachtungen
Platz finden, welche in den fünfziger Jahren auf der Saline Dürren-
berg bei Merſeburg angeſtellt wurden, um zu zeigen, auf wie viele
Windſtunden man im Jahre rechnen darf, und um einen Maßſtab für die
Zuverläſſigkeit des Windes als Triebkraft zu haben. Hiernach ſtellte
ſich die Zahl der Windtage auf durchſchnittlich 280 im Jahre.

Es betrug die Windſtundenzahl

Wenn daher zur Verwendung eines Windmotors geſchritten werden
ſoll, ſo iſt zunächſt zu unterſuchen, ob der betreffende Betrieb ſich für
eine in ſo hohem Maße vom Wetter abhängige Kraft eignet. Der
Windmotor wird nur dann zu empfehlen ſein, wenn deſſen Arbeit nicht
unbedingt zu einer beſtimmten Zeit benötigt wird, wenn man vielmehr
dann auf Vorrat arbeiten darf, wenn gerade Wind zur Verfügung
ſteht, um ſpäter den Betrieb ruhen zu laſſen, wenn Windſtille eintritt.
Für derartige maſchinelle Verrichtungen wird der Windmotor aber
wegen ſeiner Billigkeit und ſeiner Gefahrloſigkeit ſtets eine willkommene
Betriebsmaſchine bilden.

d) Die Wärmemotoren.

e) Die auf der chemiſchen Verwandtſchaft verſchiedener
Körper beruhenden Motoren.

a) Die Erfindung des Blitzableiters.

Keine Natur-Erſcheinung hat von jeher auf das Gemüt des
Menſchen dermaßen eingewirkt, wie das Gewitter. Plötzlich — im
Vergleich zu anderen Erſcheinungen — entwickelt es ſich, mit Ungeſtüm
vernichtet es, was die fleißige Hand des Menſchen in langen Zeit-
räumen ſchuf und ſchaffte, und macht nicht halt vor dem Lebenden ſelbſt.
[124]Die elektriſchen Erfindungen.
Was Wunder, wenn die grelle Farbe zuckender Blitze, das gewaltige
Poltern rollenden Donners überall und immer den Schrecken in die
Gemüter der aus ihrer Ruhe jäh emporgeſcheuchten Erdenkinder trugen.
Die Natur des Menſchengeiſtes aber iſt allüberall dieſelbe, und auf
wie verſchiedener Kulturſtufe der Europäer und der Bewohner Inner-
Afrikas ſtehen mögen, das Suchen nach Urſachen für die Erſcheinungen
iſt ihnen gemeinſam. Dieſen befriedigt es, den erſten beſten Fetiſch
als die Urſache des Schreckens anzuſehen; ihn zu beſänftigen gilt ihm
als das erfolgreichſte Mittel zur Abwendung der Gefahr. Als die
europäiſche Menſchheit noch in den Kinderſchuhen der Naturauffaſſung
ſteckte, da war ihnen das Schütteln des Hauptes des Gerndonnerers
Zeus die genügende Veranlaſſung des Donners; die Blitze zückte er
mit der ausgeſtreckten Rechten. Solchen naiven Auffaſſungen entwächſt
die Wiſſenſchaft erſt dann ganz und gar, wenn ſie ſich auf den Boden
des Experimentes ſtellt, und nicht eher konnte daher eine befriedigende
Gewittertheorie aufgeſtellt werden, bis es gelang, ein ſolches mit
allen ſeinen Begleiterſcheinungen wirklich hervorzuzaubern. Ein wirk-
ſames Schutzmittel gegen die Fährlichkeiten des Gewitters aber konnte
natürlich auch erſt erdacht werden, als man ſich über die Natur des
Phänomens im Klaren war. Der erſte, der den Weg des Verſuches
betrat, war Benjamin Franklin. Zwar hatten andere bereits vor ihm
das als Vermutung ausgeſprochen, was Franklin experimentell be-
gründete, aber das Verdienſt dieſes wird dadurch in nichts geſchmälert.
So hatte Wall 1698 beobachtet, daß man durch Reiben eines Stückes
Bernſtein eine ſtarke Lichtentwickelung erhalten könne, daß nämlich von
dem Bernſtein auf einen genäherten Finger ein Funke hinüberfährt,
und daß man auch gleichzeitig ein Kniſtern oder Geräuſch vernimmt.
Hieran hatte er die Bemerkung geknüpft: „Das Licht und das Kniſtern
ſcheint einigermaßen Blitz und Donner darzuſtellen.“ Nun iſt der
griechiſche Name des Bernſteins Elektron, und jene Erſcheinung, die
im Zuſammenhange mit noch andern zuerſt an dieſem Material be-
obachtet wurde, wird daher als eine elektriſche bezeichnet. Somit hatte
Wall zuerſt die elektriſche Natur des Gewitters vermutet. Wir wollen
dieſe am Bernſtein auftretenden Phänomene ganz kurz erläutern; das
wird uns dazu dienen, Franklins Verſuche genauer zu verſtehen.

Reibt man ein Stück dieſes koſtbaren Harzes mit einem Tuche,
ſo gewinnt es dadurch die Fähigkeit, leichte Körperchen an ſich heran
zu ziehen. Aber die Umarmung dauert nicht eben lange. Nach kurzer
Friſt werden die Teilchen mit derſelben Heftigkeit fortgeſtoßen, mit der
ſie vorher gegen den Bernſtein hingezogen wurden. Das iſt nun keine
Eigentümlichkeit des Bernſteins allein. Er teilt dieſelbe mit anderen
Harzen, z. B. dem Hartgummi und dem Siegellack, und auch manche
Glasart nimmt beim Reiben jene Anziehungskraft an. Man ſagt
deshalb, daß alle dieſe Körper beim Reiben elektriſch werden. Es hat
ſich aber herausgeſtellt, daß jenes Körperchen, nachdem es einmal von
[125]Die Erfindung des Blitzableiters.
dem Bernſtein lieblos beiſeite geſchoben wurde, auch von einer geriebenen
Siegellack- oder Hartgummiſtange nicht ſofort angezogen wird, deſto
freundlicher wird es dagegen von der geriebenen Glasſtange auf-
genommen, um freilich wieder nach kurzer Zeit davon geſtoßen zu
werden. Jetzt erſt findet es auf kurze Zeit bei den Harzſtangen die
ihm früher verſagte liebevolle Aufnahme. Alle dieſe Erſcheinungen —
ſo ſonderbar ſie ſich zuerſt ausnehmen mögen — erfahren eine einfache
Erklärung, wenn man die folgende Anſicht, welche Symmer 1759
aufgeſtellt hat, zu Grunde legt. Durch das Reiben werden ſowohl
die Harzſtücke wie die Glasſtangen in einen elektriſchen Zuſtand verſetzt.
Aber die Zuſtände ſind doch von einander ſehr verſchieden, ſo daß
man den einen den harzelektriſchen, den andern den glaselektriſchen
nennen könnte. Die Urſache dieſer Zuſtände geht uns hier nichts weiter
an; man hat auch erſt in allerneueſter Zeit eine klare Einſicht in das
wahre Weſen derſelben erlangt. Für uns genügt es anzunehmen, daß
ein nicht näher zu beſchreibendes Etwas daran ſchuld iſt, welches man
im erſten Falle die Harzelektrizität, im letzteren die Glaselektrizität
nennen könnte. Man iſt übereingekommen, die letztere die poſitive
und die erſtere die negative zu nennen. Nun muß man annehmen,
daß die angezogenen Körperchen ſelbſt die Fähigkeit haben, etwas von
der Elektrizität des elektriſchen Körpers in ſich aufzunehmen, jene teilt
ſich auch dem anliegenden Körperchen mit, dasſelbe wird elektriſiert.
Jedoch bleibt das Körperchen an der Harzſtange nur ſo lange Zeit liegen,
als es zur Aufnahme einiger negativer Elektrizität bedarf. Wir müſſen
alſo ſchließen, daß der Körper nur abgeſtoßen wird, weil er jetzt ſelbſt
harzelektriſch geworden iſt. Unſer bisheriges Ergebnis würde alſo
lauten: ein harzelektriſcher Körper zieht einen unelektriſchen an, ſtößt
aber einen harzelektriſchen von ſich. Das wird auch dadurch beſtätigt,
daß die anderen Harzſtücke jetzt den davongejagten Körper nicht auf-
nehmen wollen. Da aber unſer Körperchen ſich von der geriebenen
Glasſtange anziehen läßt, ſo folgt der Schluß, daß ein glaselektriſcher
Körper für einen harzelektriſchen eine beſondere Vorliebe hat. Der weitere
Verlauf der Erſcheinung läßt ſich ganz ebenſo deuten, und kurz heraus-
geſagt iſt alles aus dem Satze verſtändlich:

Elektriſche Körper ziehen unelektriſche und ſolche mit der entgegen-
geſetzten Elektrizität an, ſtoßen aber ſolche mit der gleichen Elektrizität ab.

So hätten wir eine grundſätzliche Verſchiedenheit der Körper nach
ihrem elektriſchen Zuſtande erkannt, man findet eine andere Zweiteilung
derſelben durch den folgenden Verſuch: Man hängt einen beliebig
langen Metalldraht, der an einem Ende ein metallenes Scheibchen
trägt, an zwei Seidenfäden auf, teilt einer ganz beliebigen Stelle
dieſes Drahtes die Elektrizität eines geriebenen Harzſtückes oder einer
Glasſtange mit, indem man ihn einfach dort mit dem elektriſchen
Körper berührt und nähert der Endplatte einen kleinen Körper, am
einfachſten eine Kugel von Hollundermark, die man an einem Seiden-
[126]Die elektriſchen Erfindungen.
faden hält, ſo wird dieſelbe ſogleich heftig angezogen, dann aber ebenſo
heftig abgeſtoßen. Was haben wir hieraus zu ſchließen? Offenbar
nichts anderes, als daß ſich die Elektrizität mit großer Geſchwindigkeit
von jener Stelle aus in alle Teile des Drahtes verbreitet hat, ſo auch
zu der Platte gelangte, die daher auf die Hollunderkugel anziehend und,
nach Mitteilung ihrer Elektrizität an dieſelbe, abſtoßend auf ſie wirkte.
Während dieſer Verſuch mit einem Metalldraht ſehr leicht auszuführen
iſt, gelingt er nicht mit einem Körper von Holz, Gummi und vielen
anderen Stoffen: auch wenn man davon viel, viel kleinere Stücke aus-
wählt, wartet man vergeblich auf die Verbreitung der Elektrizität von
der elektriſierten Stelle an bis an die Enden des Körpers. Man ſagt
demnach, daß die Metalle gute Leiter für die Elektrizität ſind, während
die Harze und das Glas ſich als ſchlechte Leiter verhalten. Wenn
man alſo wünſcht, daß die Elektrizität, die man einem guten Leiter
mitgeteilt hat, ihm möglichſt lange erhalten bleibe, ſo wird man ihn
nicht mit andern guten Leitern in Verbindung bringen dürfen. Man
muß ihn vielmehr iſolieren, d. h. mit ſchlechten Leitern umgeben, daher
haben wir in dem vorigen Verſuche den Metalldraht an Seidenfäden
hängend gedacht, weil ſolche als ſchlechte Leiter der Elektrizität ihm
möglichſt wenig davon entziehen. Auf die Dauer wird übrigens kein Leiter
den elektriſchen Zuſtand zu behalten fähig ſein, allmählich wird er ſelbſt
gegen einen ſo ſchlechten Leiter, wie die Luft einer iſt, ſeinen elektriſchen
Beſitz abtreten. Bis jetzt haben wir nur immer einerlei Elektrizität
innerhalb eines Körpers nachzuweiſen vermocht, der folgende Verſuch
wird uns das Vorhandenſein beider Elektrizitäten ſogar in jedem un-
elektriſchen Körper beweiſen. Man nähere zwei iſolierte Leiter bis zur
Berührung, am einfachſten etwa zwei große Silbermünzen, die man
an Siegellackſtangen hält. Sie bilden dann offenbar während der
Berührung einen einzigen Leiter. Jetzt nähere man dem einen (I) von
ihnen einen elektriſchen Körper, etwa einen geriebenen Glasſtab, und
trenne die beiden Leiter, während noch der elektriſche Körper in ihrer
Nähe iſt, dann erſt entferne man dieſen. Man wird finden, daß jetzt
beide Münzen Elektrizität enthalten und zwar (I) die Harz-, (II) die
Glaselektrizität. Man nennt dieſe Erſcheinung die elektriſche Verteilung.
Es iſt offenbar unmöglich, daß dieſe beiden gleichzeitig der Glasſtange
entſtammen ſollten, man muß vielmehr annehmen, daß ſie beide bereits
in dem unelektriſchen Leiter vorhanden waren, aber durch die Annäherung
des elektriſchen Körpers zur Trennung gebracht wurden. Dieſer zieht
die der ſeinigen entgegengeſetzte Elektrizität zu ſich hin in den Körper (I)
und ſtößt die entgegengeſetzte ab in den Körper (II) hinein. Wenn
wir die beiden Körper wieder vereinigen, ſo erzeugt ſich aus ihnen
ſofort wieder ein unelektriſcher Leiter. Die beiden Elektrizitäten gleichen
ſich nämlich ſofort aus, wenn man ihnen die Gelegenheit dazu bietet.
Jetzt wird es uns möglich ſein, auch die zuerſt erwähnte Erſcheinung
zu verſtehen, daß beim Annähern eines Fingers an den geriebenen
[127]Die Erfindung des Blitzableiters.
Bernſtein ein Funke überſpringt. Der Finger iſt auch ein unelektriſcher
Körper, und er enthält als ſolcher auch beide Elektrizitäten ganz wie
der Leiter von vorhin. Nähert er ſich dem Bernſtein, ſo wird ſeine
poſitive Elektrizität von dieſem angezogen, ſich in der Fingerſpitze
ſammeln. Dieſe und die negative des Bernſteins ſuchen ſich nun zu
vereinigen und wenn man ihnen keine Gelegenheit dazu durch Berührung
des Harzes giebt, ſo geht dieſe Vereinigung auch durch die Luft vor
ſich. Der elektriſche Ausgleich kann dabei eine ſolche Gewalt erreichen,
daß er die Luftteilchen dazwiſchen in Glut verſetzt und ſich in Geſtalt
eines Funkens ſichtbar macht. So iſt dieſer Funke nur ein Zeichen
des Ausgleichs zweier entgegengeſetzter Elektrizitäten. Das dabei
hörbare Kniſtern kommt von einer heftigen Beiſeiteſchiebung der Luft-
teilchen, die gleich wieder ebenſo heftig aufeinander prallen.

Dieſer Funke aber ſollte nach Wall auch ein Bild des Blitzes
ſein. Dann muß auch dieſer ſich durch den Ausgleich entgegengeſetzter
Elektrizitäten erklären. Nun zeigt ſich der Blitz entweder als die
Verbindungslinie zweier Wolken oder er ſpringt zwiſchen der Wolke
und dem Erdboden über. Es mußte alſo — wenn man die elektriſche
Natur des Blitzes zeigen wollte — zum mindeſten nachgewieſen werden,
daß die Gewitterwolken mit Elektrizität behaftet ſind. Jede einzelne
Wolke, welche mit einer gewiſſen Elektrizität geladen iſt, wird ja ſchon
durch die elektriſche Verteilung die entgegengeſetzte der Nachbarwolke
an ſich zu ziehen und mit ihr ſich auszugleichen ſuchen. Ebenſo wird
in der Erde, die auch einen Leiter darſtellt, die der Wolkenelektrizität
entgegengeſetzte an die Oberfläche ſteigen. In beiden Fällen wird ein
Ausgleich eintreten und der Blitz, das Zeichen dieſes Ausgleichs, wird
deſto kräftigere Wirkungen zeitigen, je gewaltigere Elektrizitätsmaſſen
in der Gewitterwolke angeſammelt waren. Der Donner wird die
furchtbare Lufterſchütterung anmelden, welche ein ſolcher Ausgleich
hervorzubringen fähig iſt. Es kommt alſo für den Nachweis der
Richtigkeit dieſer Betrachtungen einzig und allein darauf an, das Vor-
handenſein eines gewiſſen elektriſchen Zuſtandes in der Gewitterwolke
nachzuweiſen, und für die Verhinderung der ſchädlichen Wirkungen des
Blitzes nur darauf, daß man der Wolke ihre Elektrizität zu einem
guten Teile entzieht, oder auch dem Ausgleiche eine Bahn weiſt,
auf der er ſich nicht ſchädlich machen kann. Alle dieſe Aufgaben hat
der eine Benjamin Franklin ſo vollkommen gelöſt, als es überhaupt
verlangt werden konnte. Benjamin Franklin wurde als das 16. Kind
eines armen Seifenſieders am 17. Januar 1706 zu Boſton geboren.
Er war nach einander Buchdrucker, Schriftſteller, Buchhändler und
Generalpoſtmeiſter aller engliſch-amerikaniſchen Kolonien. Energiſch
verteidigte er die Freiheiten ſeines Landes gegenüber den Engländern
und hatte er den weitaus größten Anteil daran, daß die Vereinigten
Staaten ſich ſchließlich von dem Mutterlande unabhängig machten.
Wichtige Verbeſſerungen an der Harmonika und an der Kupferdruck-
[128]Die elektriſchen Erfindungen.
preſſe würden ſeinem Namen eine geachtete Stellung unter den Erfindern
anweiſen, die Erfindung des Blitzableiters ſtellt ihn in die erſte Reihe
derſelben.

Um den elektriſchen Zuſtand der Gewitterwolken herauszubekommen,
bediente ſich Franklin einer Entdeckung, die er ſeinem Freunde Collinſon
zuſchrieb. Wenn er eine Eiſenkugel von etwa 8 bis 10 cm Durch-
meſſer elektriſierte und die Spitze einer Nadel mit der Hand gegen ſie
kehrte, ſo beobachtete er, daß die Kugel ihre Ladung ſehr ſchnell verlor.
Das erklärt ſich wieder einfach genug. Die Kugel wirkt nämlich auf
die Nadel durch Verteilung, ſie zieht die entgegengeſetzte Elektrizität in
die Spitze. Je enger der Querſchnitt eines Leiters iſt, deſto mehr
drängen ſich die elektriſchen Teilchen dort zuſammen. Sie fliehen aber
einander, und die Gewalt, die ſie von einander zu trennen ſucht, heißt
ihre Spannung. Wir erſehen demnach, daß dieſe Spannung in den
Spitzen am größten ſein muß. Sie wird, wenn ſie ſo übermäßig
wächſt, ſo wirken wie der Druck, den wir auf die Luft ausüben. Je
ſtärker wir ſie zuſammenpreſſen, mit deſto größerer Gewalt ſucht ſie zu
entweichen, und genau ſo iſt es mit der Elektrizität; dort iſt die Spann-
kraft oder Expanſion der Luft die treibende Kraft, hier heißt ſie die
Spannung, im Weſentlichen iſt ihre Wirkung dieſelbe. Die Elektrizität
kann ſich in dem engen Raume der Spitze nicht halten, ſie ſtrömt alſo
in die Luft aus und vereinigt ſich mit der entgegengeſetzten Elektrizität
der Kugel, und ſo erſcheint uns dieſe unelektriſch. Franklin ſchloß,
daß, wenn man einer Gewitterwolke eine Spitze an einer Stange gegen-
überſtellt, dieſer ganz ebenſo die Elektrizität, die ihr doch vermutlich
eignete, entzogen werden könnte. Zuvor müßte die Stange ſelbſt die
der Wolkenelektrizität entgegengeſetzte aufweiſen. Die Idee dieſes Ver-
ſuches auszuführen, wartete Franklin lange Zeit auf die Vollendung
einer Kirchturmſpitze, ſo daß ihm in der Verwirklichung zwei Franzoſen,
Dalibard und Delor vorauskamen. Der erſtere errichtete in der Nähe
von Paris eine 40 Fuß hohe Eiſenſtange, die durch ſeidene Schnüre
an drei Holzpfoſten befeſtigt war. Ein gewiſſer Coiffier, der ſie
bewachen ſollte, konnte zuerſt am 10. Mai 1752 während eines Gewitters
der Stange Funken entziehen, womit gezeigt war, daß ſie ſich durch
das Vorüberziehen der Gewitterwolken mit Elektrizität geladen hatte.
Delor hatte eine 99 Fuß lange Eiſenſtange zur Verfügung und er ver-
mochte ſelbſt zu Zeiten, da die Luft völlig ruhig war, dieſer Stange
Funken zu entziehen — ein Beweis, daß die Luft auch ſonſt elektriſch
iſt. Franklin war ſchließlich auf eine Abänderung dieſes urſprünglichen
Verſuches angewieſen. Er ließ im Juni 1752, ohne von den Pariſer
Verſuchen zu wiſſen, einen papiernen Drachen beim Herannahen eines
Gewitters aufſteigen. Das beliebte Kinderſpielzeug ward hier in den
Dienſt der Wiſſenſchaft geſtellt. Franklin gab ihm eine Spitze aus Eiſen-
draht mit und knüpfte an das Ende der Hanfſchnur, die den Drachen
hielt, einen eiſernen Schlüſſel, ſowie an dieſen wiederum eine Seiden-
[129]Die Erfindung des Blitzableiters.
ſchnur. Zunächſt war eine elektriſche Erregung nicht zu ſpüren. Später
aber durchnäßte der Regen die Hanfſchnur und machte ſie ſo beſſer
leitend. Da ließen ſich dem Schlüſſel Funken entziehen, und damit
war Franklins Vermutung über die Natur der Gewitter beſtätigt.
Seine Verſuche gaben ihm gleichzeitig einen Wink, wie er den Schaden
der Blitze bekämpfen könnte. In erſter Linie handelte es ſich darum,
das Zuſtandekommen des gewaltigen Ausgleichs überhaupt möglichſt
zu verhindern, in zweiter darum, dem Blitzſchlage eine paſſende Bahn
zu weiſen. Wollte man den Ausgleich ſchwächer machen, ſo war das
naheliegende Mittel die Aufſtellung einer mit der Erde in leitender
Verbindung ſtehenden Spitze gegenüber der Gewitterwolke. Jede auf-
rechte, oben zugeſpitzte Metallſtange muß ja die Elektrizität vorbei-
ziehender Wolken ſchwächen und damit einen Blitzſchlag, der trotzdem
noch erfolgt, viel weniger heftig machen, als er ſonſt werden würde.
Eine ſolche Metallſtange iſt auch der geeigneteſte Weg für den Aus-
gleich, wenn er doch heftig erfolgen ſollte. Offenbar wird ſich die
Elektrizität, wenn ſie die Wahl für ihren Weg hat, den beſten ihr zur
Verfügung ſtehenden Leiter, in dieſem Falle die Metallſtange, aus-
ſuchen, und dadurch ſind dann alle umgebenden Gegenſtände gegen die
Gefahr des Einſchlagens geſchützt. Dieſe Idee hat Franklin zuerſt in
einem vom 29. Juli 1750 datierten Briefe an Collinſon entwickelt, der
aber — wie er angiebt — bereits 1749 verfaßt iſt. Dies wäre alſo
das Erfindungsjahr des Blitzableiters.

Wir würden fürchten, ungerecht gegen einen Anderen zu ſein, wenn
wir nicht auch der durchaus ſelbſtſtändigen Erfindung des Blitzſchutzes
durch den Pfarrer Prokop Diviſch zu Brenditz in Mähren gedächten. Bei
Gelegenheit eines Beſuches in Wien machte er die Elektriſirmaſchine des
gelehrten Jeſuitenpaters Franz durch eine Anzahl von Spitzen unwirkſam,
die er in ſeiner Perrücke verborgen hielt. Die Elektrizität vermochte ſich
nicht zu ſammeln, weil ſie mit Hilfe der Spitzen durch den Körper des
Pfarrers mit der Erde ausgeglichen wurde. Das war im Jahre 1750,
und zwei Jahre ſpäter vollendete Diviſch eine „meteorologiſche Maſchine“,
die durch die Wirkung vieler Spitzen mehr beſtimmt war, einen
ruhigen Ausgleich der Elektrizität herbeizuführen, denn als Blitzableiter
zu dienen. Diviſch fand nicht die Anerkennung, wie der berühmte
Amerikaner, obgleich aus ſicheren Nachrichten hervorgeht, daß ſeine
Maſchine zur Abwendung der Blitzgefahr in ſeiner Pfarre weſentlich
beigetragen hat. Franklins Blitzableiter fanden zuerſt zwar lang-
ſame, dann aber immer raſchere Verbreitung, und wenn ſie auch im
einzelnen manche Veränderung erfuhren, ſo iſt die Geſtalt, die ihnen
Franklin gegeben hat, noch heute erhalten. Wie wichtig die Erfindung
iſt, wie ihre Bedeutung ſogar von Jahr zu Jahr wächſt, das mag
daraus entnommen werden, daß die Blitzgefahr ſelbſt alljährlich zu-
nimmt, und zwar in dem Maße, daß die Zahl der Brandfälle durch
Blitz in Bayern ſich nach v. Bezold in 50 Jahren vervierfacht hat. Über-
Das Buch der Erfindungen. 9
[130]Die elektriſchen Erfindungen.
legen wir, welches die rationellſte Einrichtung eines Blitzableiters iſt.
Im weſentlichen iſt er ja nichts anderes als eine oben zugeſpitzte Metall-
ſtange. Aber welche Dicke muß man der Stange geben? welches Material
für ſie wählen? Der heftige elektriſche Ausgleich, den der Blitz darſtellt,
hat bekanntlich furchtbar zerſtörende Wirkungen. Wie er ſengend in
die Wohnungen der Menſchen dringt, wie er das Lebendige, das ihm
in den Weg tritt, zum Tode führt, ſo wird er in dem Leiter ſelbſt auch
Änderungen hervorbringen, und zwar vor allem ſeine elektriſche Gewalt
in eine ſtarke Erwärmung umſetzen. Ein Draht, den ein elektriſcher
Schlag paſſiert, erwärmt ſich aber um ſo mehr, je dünner
er iſt, und hieraus folgt, daß man die Stange des
Blitzableiters nicht zu dünn wählen darf. Sodann wird
man berückſichtigen müſſen,
daß eine ſtarke Erwärmung
den Leiter auch wohl weg-
ſchmelzen kann, und man
wird deshalb nur Metalle
zur Auswahl haben, deren
Schmelzpunkt ſo hoch liegt,
daß man kein Fortſchmelzen
zu befürchten hat. Man hat
dann mit Rückſichtnahme auf
die Koſten nur Eiſen und
Kupfer als Material zur Ver-
fügung. Die Spitze aber,
die ſich bei ihrem geringen

• • Figure 91. Fig. 97.
    Auffangeſtange
  • Figure 92. Fig. 98.
    Spitze
  • Figure 93. Fig. 99.
    Erdleitung
  eines Blitzableiters.

[131]Der galvaniſche Strom.
Durchmeſſer viel mehr erwärmt und auch der Witterung beſſeren
Widerſtand leiſten muß, wird aus Platin beſtehen oder vergoldet ſein
müſſen. Schließlich wird man auf die Verbindung mit dem Erd-
boden große Sorgfalt verwenden müſſen, weil ſonſt immer zu befürchten
iſt, daß der Blitz die Ableitung zur Erde verſchmäht und lieber in
einen benachbarten Leiter überſchlägt. Man hat daher die Stange
mit den vorzüglich leitenden Teilen der Erde, alſo am beſten mit dem
Grundwaſſer in Verbindung zu bringen und, damit die Verbindung
eine möglichſt innige ſei, die Erdleitung aus einem mit Koks gefüllten
Korbe oder einem metallenen Netzwerk, überhaupt aus einem möglichſt
ausgebreiteten metallenen Leiter beſtehen zu laſſen. Wir ſehen in
den Figuren 97, 98 und 99 ſowohl die Auffangeſtange, wie die Erd-
leitung in einer der mehr gebrauchten Anordnungen.

Es iſt hier vielleicht der Ort, einer für die Abänderung der meteoro-
logiſchen Bedingungen, beſonders der großen Städte, wie uns ſcheint,
nicht unwichtigen Anwendung der Elektrizität zu gedenken. Der Staub,
der ſich aus den Tauſenden von Schloten der Wohnungen und Fabriken
entwickelt, wirkt bekanntlich einmal direkt in ſehr unangenehmer Weiſe
auf die Lungen der Großſtadtbewohner ein, ſodann aber erzeugt er die
Nebel mit allen ihren unangenehmen Wirkungen. Da iſt der vor
wenigen Jahren aufgetauchte und zuerſt von Nahrwoldt praktiſch durch-
geführte Gedanke freudig zu begrüßen, den Staub durch Elektrizität
fortzuſchaffen. Erzeugt man ſolche durch ſtarke Maſchinen in geſchloſſenen
Räumen und läßt ſie aus Spitzen ausſtrömen, ſo wird gerade dahin
der Staub in Maſſen hingezogen und geſammelt, ſo daß ein Zimmer,
das von dickem Qualm erfüllt war, in wenigen Minuten ſich reinigen
ließ. In der Ausbildung dieſer Methode liegt offenbar eine ſehr
wichtige Aufgabe der nächſten Jahre, die, der Staubzufuhr in die
Atmoſphäre die nötigen Zügel anzulegen, ſich hoffentlich befähigt er-
weiſen wird.

b) Die Erfindung der Galvanoplaſtik.