Un interessante sito sul comportamento dei pendoli è qui: My PhysicsLab - Symple pendulum
 

Il periodo si può però anche allungare inclinando l'asse di oscillazione fino a quasi farlo diventare del tutto verticale, come nella figura che segue.

E' lo stesso principio per il quale si può far chiudere "da solo" il cancello di un giardino. Il principio è così conosciuto tra i sismoamatori di tutto il mondo che questo tipo di pendoli, oltre ad essere chiamati "Lehman" sono anche chiamati del tipo "garden gate pendulums" ovvero pendoli a "cancello di giardino".
 
 

L'inclinazione dell'asse delle cerniere (C) sarà dell'ordine di qualche grado, o anche meno.
Questo sarà ottenuto regolando l'altezza da terra del punto (A) in modo che sia maggior dell'altezza del punto (B)

La massa (D) all'estremità del pendolo dovrà essere nell'ordine dei kilogrammi.

Le oscillazioni della massa (D) rispetto al terreno saranno captate dal trasduttore magnete/bobina (E).

Nota: Immaginando il pendolo con un'inclinazione di 90 gradi (asse delle cerniere orizzontale e braccio perpendicolare al suolo) si intuirebbe che la sua frequenza di risonanza (per un braccio lungo circa 40 centimetri) sarebba abbastanza elevata (come minimo non meno di 0.5 oscillazioni al secondo). Riducendo l'inclinazione da 90 gradi fino a zero la frequenza di risonanza diminuirebbe fino a diventare zero, quando il braccio risulterà perfettamente orizzontale; ma in queste condizioni il pendolo non sarebbe più in condizione di oscillare.
In effetti questa sarebbe la posizione ideale per rilevare tutti i movimenti da frequenza zero in su, nella pratica questa strada non è percorribile in quanto l'estremità del braccio oscillante va sempre tenuta vicina a un qualche dispositivo di rilevamento. Se il pendolo fosse perfettamente orizzontale lo vedremmo pian piano deviare da un lato o dall'altro per poi diventare del tutto inefficace una volta raggiunta la massima escursione ad uno dei due angoli di rotazione.

Il sensore riportato nella fotografia è l'ottimo sensore progettato da Nuova Elettronica nel 1989, sfortunatamente non è più in produzione.
 
 

Il mobile è dotato di due pomelli, uno dei quali è visibile in basso a sinistra della fotografia. Con essi si può livellare il sensore, variandone anche l'inclinazione e quindi il periodo. La staffa con le cerniere in acciaio inox è il punto di forza di questo sistema di sospensione. Ne sono visibili altri particolari nelle figure in basso. Il cilindro marrone verso il lato destro della fotografia è la massa in ferro del peso di circa 750 grammi. Ce ne è un'altra dall'altro lato per un totale di 1300 grammi. Sono visibili anche le bobine (avvolte su rocchetti di plastica di colore chiaro e forma quadrata) attraverso le quali scorre il nucleo di ferrite che serve al comparatore di fase (LX922) per rilevare il movimento.
 
 

Trasduttori elettronici
Il sensore proposto da Nuova Elettronica è eccellente per un uso hobbistico e non voglio dilungarmi nel descriverlo. Il kit è il numero LX922, purtroppo sembra non più disponibile. I componenti però sono ancora reperibili e disponendo della rivista si può facilmente realizzare basandosi sullo schema elettrico pubblicato. E' però disponibile l'LX1358 che è il trasduttore del nuovo sensore per la componente orizzontale a corto periodo realizzato da Nuova Elettronica.

È di semplicissimo montaggio e immediato funzionamento. Come principio sfrutta un nucleo ferroxcube inserito senza attrito attraverso quattro bobine. Le bobine saranno solidali al suolo e il nucleo ferroxcube sarà solidale alla massa del pendolo. Il circuito è in grado di rilevare movimenti infinitesimali. Il segnale viene poi condizionato per variare tra una tensione di 0 e 5V.

Per chi volesse giungere ad una soluzione più semplice si può anche proporre l'utilizzo della coppia magnete/bobina. Il principio è sfruttato in tutti i sismometri professionali, ha alcuni vantaggi (in particolare la semplicità) e alcuni svantaggi (soprattutto la sensibilità ai disturbi elettromagnetici). Per realizzare un trasduttore di questo tipo, ci si può procurarei la bobina di un relè e un magnete con il flusso magnetico abbastanza concentrato (per esempio il classico magnete a ferro di cavallo). L'idea è che il flusso sia il più possibile concentrato sulla bobina.

Una corta bobina di circa 8000 spire di filo di rame sottile potrebbe essere fissata sul braccio del pendolo oppure sulla base del sensore (vedi la figura). Un magnete a U può essere fissato al braccio o alla base del sensore in modo che cuirca un un terzo della bobina incroci le estremità del magnete. Questo posizionamento normalmente genera parecchi milliVolts anche per eventi sismici di moderata entità.

Il magnete può essere reso solidale al braccio del pendolo e la bobina solidale al suolo. Il movimento relativo dei due componenti provocherà per induzione una differenza di potenziale ai capi della bobina. Questo segnale è di solito piuttosto debole, occorrerà un amplificatore per renderlo leggibile da un convertitore analogico/digitale. Inoltre la bobina capta molte interferenze elettromagnetiche. Occorre schermarla. Infine il segnale generato va filtrato eliminando almeno tutte le frequenze da 10Hz in su. Questo non avviene quasi mai in ambito sismologico professionale (dove si lasciano passare tutte le frequenze almeno fino a 20-25Hz) ma per uso domestico va fatto altrimenti si andrebbe a rilevare una gamma di segnali che nulla hanno a che fare con i movimenti tellurici ma piuttosto sono derivati da rumore "civile", cioè camion, persone che si muovono in un raggio di pochi metri dal sensore eccetera.

Un altro metodo di trasduzione utilizzabile in sismologia comprende l'uso di sensori ad effetto Hall. Questa pagina contiene informazioni dettagliate al riguardo.
 

Come realizzare un sismografo con materiali di recupero o da ferramenta
Nella figura che segue è riportato lo schema strutturale di un sismometro a braccio orizzontale, lungo periodo con trasduttore magnete/bobina.
Il disegno non è quotato, vi potrete sbizzarrire a costruirne di tutte le dimensioni e vedere i vari comportamenti.
Una dimensione da suggerire che garantisce ottimi risultati è quella di un sensore con una base (E) larga circa 25-30 cm e lunga 45-50 cm.

Si può procedere come segue:

- Procuratevi una base in alluminio (E) spessa almeno 3 mm della larghezza e lunghezza che preferite, purchè manteniate le proporzioni.

- Procuratevi un montante (B) in alluminio o ferro, la staffa (A) (in ferro) e il braccio (H) in alluminio.

- Avrete bisogno anche di un magnete (I) della bobina (M) anche recuperata da un relè, della staffetta (L) e di un paio di morsetti (K)

- Trovatevi anche 3 viti senza fine lunghe 5-10 cm che applicherete come (J) e (C). Sulle viti (C) dovrete applicare dei pomelli in modo da poterle regolare agevolmente per livellare il sensore e stabilirne l'inclinazione longitudinale.

- Procuratevi una corda in acciaio (D), va bene anche una corda per chitarra.

- Acquistate o ricavate da qualche scarto di ferro, due tondini del diametro di 5-6 centimetri che taglierete affinchè il peso totale equivalga a 1.5 Kg. Li forerete al centro e li fisserete ad un perno precedentemente inserito nell'asta (H).

- Occorrerà anche una vaschetta per l'olio (F). Dovrà essere sufficientemente profonda da potervi immergere la lamella di smorzamento (G). Il calcolo dello smorzamento è molto importante per far si che il sismografo risulti sensibile ma allo stesso tempo possa rivelare le varie fasi dei segnali sismici.
Una regola empirica è quella di osservare il comportamento del pendolo quando viene eccitato dando un colpetto all'altezza della massa oscillante (O). Lo smorzamento è ottimale quando il braccio oscilla e torna indietro sul punto originale senza oscillare dal lato opposto. Dovrà eseguire solo mezza oscillazione o poco più. (In realtà a livello infinitesimo il sismometro continuerà ad oscillare e questo sarà visibile al sismogramma ma fate in modo di non vederlo "ad occhio", in questo caso lo smorzamento sarebbe certamente insufficiente.)

- Il fulcro del sistema è la cerniera (N) che viene descritta dopo.
 
 

Dovrete poi organizzarvi per procedere come descritto nella figura che segue:

La parte più delicata è l'assemblaggio della cerniera (A) che sarà fatta in acciaio inox dello spessore di una lametta da barba (l'esempio non è casuale), dovrete in qualche modo riuscire a praticarvi dei fori, questa parte è la più difficile, avrete bisogno di qualcosa di simile ad una fustella, oppure rivolgetevi ad un esperto fabbro, saprà trovare una soluzione senza farvi spendere una cifra esorbitante.

Sul braccio (H nella figura sopra) dovrà essere praticata una fenditura dello spessore della lamella (A) e due fori corrisponenti ai fori della lamella. (Prima praticate i fori poi la feritoia). Dal lato del montante, che dovrà essere già stato lavorato per potervi avvitare la staffa di ancoraggio al basamento poi verranno applicate le due squadrette (B) che stringeranno a loro volta la lamella. Comunque prima dovrete completare l'assemblaggio di tutte le altre parti.
 
 

La lamella (A) non dovrà essere completamente coperta dalle staffette e dal braccio, ma dovrà rimanere scoperta 1 o 1.5 millimetri al massimo. La lamella farà da cerniera praticamente senza attrito lasciando il braccio veramente libero di oscillare. Ovviamente la massa (O) verrà applicata all'ultimo dopo aver montato TUTTO e primariamente il tirante (D).

La figura seguente mostra una vista di lato della cerniera come dovrebbe apparire una volta assemblata.
 
 

Si raccomanda di evitare il legno. Tende a modificare le dimensioni e a scricchiolare durante le variazioni dell'umidità atmosferica, registrereste parecchi "legnomoti". Forse potrebbe essere utile avere alcune componenti in plastica, ma che sia robusta, il teflon potrebbe essere (anche se costoso) un buon materiale.

Non permettete a correnti d'aria di raggiungere il braccio oscillante, ne' a insetti, ragni o peggio ancora altri animaletti. Il sismometro andrà rinchiuso in un contenitore (una campana) o di plexiglass o di altro materiale robusto. Un involucro di metallo non sarebbe una cattiva idea. Alcuni sismoamatori schermano tutto con della gommapiuma che fa anche da isolante termico. Questo permette di abbassare ulteriormente il rumore ambientale.

Procedete per gradi, pianificate il lavoro. Costruire un sismografo è un'impresa entusiasmante ma occorre diligenza e buon senso.
Fatevi aiutare, da amici, parenti, conoscenti che per lavoro maneggiano materiali metallici. Fare questo servirà a promuovere la cultura del terremoto della quale nel nostro paese c'è un estremo bisogno.

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