Na 350 jaar duidelijkheid over Huygens' slingerklokken

In 1665 beschreef Christiaan Huygens hoe zijn eigengemaakte slingerklokken gelijk begonnen te tikken als ze naast elkaar hingen. Nu is eindelijk bekend waarom. En wat Huygens níet zag.

Slingerklokken aan de wand bij klokkenfabriek Verschuren in Hilversum. Beeld Raymond Rutting / de Volkskrant

Als Christiaan Huygens in 1665 voor zijn eerste slingeruurwerken nét iets andere maten en gewichten had gebruikt dan hij deed, had hij het waarschijnlijk helemaal gemist: het effect dat twee slingers in elkaars buurt gaandeweg gelijk gaan tikken. 'Onze paper gaat haast meer over wat Huygens níet zag, dan over wat hij wél zag', zegt de Eindhovense hoogleraar werktuigbouwkunde professor Henk Nijmeijer.

Nijmeijer publiceerde samen met zijn oud-promovendus Jonatan Peña dinsdagmiddag in Nature Scientific Reports de definitieve analyse van wat Huygens de 'sympathie der slingers' noemde. In hun onderzoek draait het om synchronisatie van ledematen in lopende robots tot gelijk vurende hersencellen bij epilepsie. Peña werkt tegenwoordig in Mexico, onder meer met een klokkenfabrikant annex uurwerkmuseum.

De zeventiende-eeuwer Huygens is een van de eersten die het verschijnsel beschrijft. In een brief heeft het Nederlandse multitalent het over twee slingers die steeds opnieuw tegen elkaar in gaan bewegen, hoe ze ook beginnen. Onder experts is de gezamenlijke slingering al een eeuw minstens zo opwindend als Huygens' uitvinding van het slingeruurwerk zelf, of de ontdekking van de ringen van Saturnus.

Synchronisatie onvermijdelijk

Volgens Nijmeijer is vooral interessant dat Huygens al aangaf dat er iets bijzonders gebeurde. 'Hij kende in zijn tijd het begrip energie niet eens en toch begreep hij wat er gebeurde.'

Maar uit de wiskundige analyses van Nijmeijer en collega's blijkt ook dat het hele effect haast net zo makkelijk niet had kunnen optreden, of dat Huygens' slingers juist uit de pas waren gaan bewegen. Wat hij in elk geval niet opmerkte, is dat de slingering bij synchronisatie onvermijdelijk ook iets vertraagt. 'Voor het bewaken van de tijd is het dus onverstandig slingeruurwerken in eenzelfde frame te hangen.'

The sympathy of two pendulum clocks

Lees hier de Engelstalige analyse in Nature.

Subtiel effect

Dat gemeenschappelijke frame is meteen ook het geheim van de opmerkelijke synchronisatie van slingers. Door de fysieke verbinding tussen beide slingers treden trillingen op waarmee energie van de ene slinger naar de andere wordt overgeheveld. Het systeem zoekt de bewegingspatronen waarbij, zoals Nijmeijer het formuleert, er zo min mogelijk wringt. 'De natuurlijke oplossingen zijn dan exact gelijke of exact tegengestelde slingeringen', zegt hij. Als de gewichten te gering zijn, of de balk of onderstel te stijf, verdwijnt het synchronisatie-effect. 'Twee Friese staartklokken aan een stenen muur synchroniseren niet.'

Eerdere berekeningen wezen ook al in die richting. Die waren alleen niet precies genoeg om ook de tragere slingering te ontdekken. Het gaat om een subtiel effect, zegt Nijmeijer. 'In de Nationale Wetenschapsquiz zat ooit een vraag over twee metronomen. In feite was dat puur gokken, alleen met een hoop wiskunde is dat echt te snappen.'

Het beeldje behorend bij de Christiaan Huygens wetenschapsprijs. Beeld Guus Schoonewille / ANP
Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden