Die meisten Leute denken bei dem Namen Westminster Abbey an die Kirche, in der britische Monarchen gekrönt, verheiratet und beerdigt werden. Tatsächlich ist sie eine der wenigen Kirchen und Kapellen, die direkt der britischen Königin unterstellt sind. Doch Westminster Abbey ist auch ein Ort, an dem bedeutende Briten ihre letzte Ruhestätte finden. Sie ist die wichtigste Begräbnisstätte mit wissenschaftlichen Bezügen weltweit.
In Westminster Abbey sind die folgenden großen Wissenschaftler geehrt: Charles Darwin (siehe Kapitel 6), Paul Dirac, James Clerk Maxwell (siehe Kapitel 35), William Herschel, Sir Isaac Newton (siehe Kapitel 69), Ernest Rutherford, J. J. Thomson (der das Elektron entdeckte) und Lord Kelvin (siehe Kapitel 73). Newtons Grab ist reich verziert (Abbildung 79.1), das von Darwin hingegen nur mit den einfachen Worten »Charles Robert Darwin, Born 12 February 1809, Died 19 April 1882« versehen. Ein angesehener Brite, der in Westminster Abbey gewürdigt wird, dort aber nicht begraben liegt, ist Michael Faraday. Sein Grab befindet sich auf dem Londoner Highgate-Friedhof.
Sie finden auch zwei Namen, die Ihnen möglicherweise völlig unbekannt sind: Thomas Tompion und George Graham. Tompion und Graham waren berühmte Uhrmacher, die im 17. und 18. Jahrhundert sehr genaue Uhren konstruierten. Tompion stellte Uhren für das Royal Observatory in Greenwich (siehe Kapitel 49) her, die nur einmal im Jahr aufgezogen werden mussten. Sein Freund Robert Hooke entwickelte die dazu erforderlichen feinen Federn.
Die Abtei selbst befindet sich in der City of Westminster in der Nähe des britischen Parlaments am Palace of Westminster. Die ältesten Teile der Abtei lassen sich ins 11. Jahrhundert zurückdatieren und beherbergen nun ein kleines Museum. Die Abtei war während ihres ganzen Bestehens häufigen Baumaßnahmen ausgesetzt. Im 19. Jahrhundert wurden Wiederaufbau- und Restaurierungsarbeiten von dem Architekten Sir George Gilbert Scott durchgeführt.
Zwar gibt es kostenlose Audioführungen, doch um die Bedeutung der Abtei wirklich zu verstehen, sollten Sie an einem geführten Rundgang teilnehmen. Gegen ein kleines Entgelt begleiten sachkundige Kirchendiener Besucher auf einer 90-minütigen Tour und erläutern ihnen die Geschichte der Abtei und der dort Beerdigten.
Da die Abtei mitten in London liegt, ist sie ein idealer Ausgangspunkt für den Besuch der Londoner Wissenschafts-Stätten etwa des Science-Museums (Kapitel 77), des Hunterian-Museums (Kapitel 64) oder des Faraday-Museums (Kapitel 75).
Da Westminster Abbey für offizielle Zeremonien genutzt wird, sollten Sie die Öffnungszeiten für Ihren Besuchstag prüfen. Details finden Sie unter http://www.westminster-abbey.org/.
Uhren und das Hookesche Gesetz
Drei der in Westminster Abbey beerdigten Personen sind Uhrmacher (Harrison, Tompion und Graham), was die Bedeutung der Zeitmessung dokumentiert. Zwei grundlegende Mechanismen der Zeitmessung sind Pendel und Federn. Der niederländische Wissenschaftler Christiaan Huygens nutzte Pendel zum Bau seiner Uhren (siehe Das Pendel). Die Periode des Pendels hängt ausschließlich von dessen Länge ab. Daher konnte ein Pendel mit einem Mechanismus verbunden werden, der ihn schwingen ließ, ohne die Periode zu beeinflussen.
Die andere Methode der Zeitmessung, die üblicherweise bei kleinen Stand- und Armbanduhren verwendet wird, besteht aus einer Kombination aus Unruh und Unruhfeder.
Mechanische Uhren bestehen aus drei wesentlichen Komponenten: einer Möglichkeit zur Energiegewinnung, eine Hemmung zur Kontrolle der Energienutzung und einem Mechanismus zur Zeitmessung. Die Energie wird üblicherweise durch ein fallendes Gewicht oder eine fest gespannte Feder gewonnen. Die Hemmung besteht aus einem Zahnrad (dem sog. Ankerrad) und einer gekrümmten Stange mit einer Verzahnung (die sog. Palette), die mit dem Zahnrad verbunden ist.
Robert Hooke erfand einen als Ankerhemmung bezeichneten Mechanismus (benannt nach der Form der bebogenen Stange). Bei diesem Mechanismus wird die Unruh durch die Energiequelle der Uhr (etwa eine große Feder) angetrieben und möchte rotieren. Diese Rotation wird durch den Anker verhindert (siehe Abbildung 79.2).
Der Anker wird entweder durch ein vor und zurück schwingendes Pendel, oder durch ein Ankerrad gesteuert. Durch die Vor/Zurück-Bewegung des Ankers können die Zähne das Ankerrad so freizugeben, dass es sich um einen Zahn bewegt und dann auf der Gegenseite des Ankers wieder abgefangen wird. Bei dieser Hemmung wird die Energie des Ankerrads an den Anker und so an das Pendel oder an Unruh und Feder weitergegeben. Der Anker steuert die Bewegung des Ankerrads und gibt gleichzeitig einen Teil seiner Energie an den Steuermechanismus ab – auf diese Weise wird das Tempo gehalten und eine gleichmäßige, fortlaufende Bewegung beispielsweise eines Pendels erzielt.
Aufgrund des Hookeschen Gesetzes können auch Federn genutzt werden, um eine gleichförmige Bewegung wie bei einem Pendel zu erzielen. Dieses Gesetz besagt, dass die Kraft die notwendig ist, um die Feder zu strecken, proportional zur Streckung ist. Formal lässt sich das mit der Gleichung 79.1 ausdrücken.
Die Kraft F ist notwendig, um eine Feder um die Länge x zu strecken. Dabei ist k eine Konstante, die sich auf die Feder selbst bezieht. Diese Kraft F ist negativ, da es sich um die Kraft der Feder handelt, die diese ausübt, um sich selbst wieder in die ursprüngliche Position zu bringen.
Wird eine Feder mit einer Masse m gestreckt und wieder entspannt, erfolgt eine harmonische Schwingung. Die Feder hüpft aufgrund der im Hookeschen Gesetz definierten Kraft auf und ab. Die Frequenz f wird dabei von der Masse und der Federkonstanten bestimmt (siehe Gleichung 79.2).
Hooke nutzte diese Erkenntnis, um einen Mechanismus zu entwickeln, bei dem eine Feder ein Rad antreibt. Bei seinem Entwurf wird eine gerade Feder genutzt, während der gängige Mechanismus eine kreisförmige Feder verwendet, die ein Rad vor und zurück dreht (siehe Abbildung 79.3). Durch die Rotation dieser sogenannten Unruh wird die Bewegung der Hemmung gesteuert. Die Schwingungsfrequenz der Unruh ist abhängig von deren Masse und den Eigenschaften der Feder.
Hookes Ankerhemmung hatte allerdings einen großen Nachteil: Aufgrund der Form der Verzahnung und des Ankers drückte er die Unruh bei jeder ihrer Bewegungen ein wenig nach hinten.
Graham löste dieses Problem mittels der nach ihm benannten Grahamhemmung (siehe Abbildung 79.4). Bei der Grahamhemmung gibt es keine Rückwärtsbewegung, weil die Zahnung stark angeschrägt ist und der Anker durch zwei gebogene Zähne ersetzt wurde, die das Ankerrad sanft freigeben und wieder festhalten.
Energie wird vom Ankerrad übertragen, nachdem die Zähne freigegeben wurden – sie wird über die Enden der Paletten weitergeleitet, die ebenfalls abgeschrägt sind, um den Stoß des Ankerrades abzufangen.