Zawartość
- Co jest w środku zegara analogowego
- Zegary wahadłowe: pierwszy nowoczesny zegar
- Spojrzenie wewnątrz zegara analogowego
- Zegarki analogowe ze sprężyną
- Zegary kwarcowe zasilane bateryjnie
- Ostatnia uwaga na temat zegarów atomowych
Zegary można podzielić na dwie szerokie kategorie w zależności od sposobu wyświetlania informacji.
Analog, aka mechaniczny, zegary używają ruchomych wskazówek do wskazywania aktualnego czasu. Cyfrowy z drugiej strony zegary wyświetlają czas jako zestaw liczb, zwykle za pomocą wyświetlacza LCD lub innego ekranu elektronicznego.
(Technicznie możliwe jest posiadanie zegara elektronicznego z wyświetlaczem analogowym, ale jest to bardzo rzadkie - potraktujemy to analog i mechaniczny jako synonimy.)
Co jest w środku zegara analogowego
Każdy zegar potrzebuje trzech podstawowych części:
Mówiąc najprościej, zegar to urządzenie, które używa energia do pokaz czas, regulowany przez punktualność mechanizm.
Rozważ piaskową klepsydrę - bardzo prosty zegar analogowy. Jego energia źródłem jest przyciąganie grawitacyjne pokaz jest ilością piasku trzymanego w każdej połowie i jego punktualność mechanizm to względnie stała szybkość, z jaką piasek przepływa przez wąski otwór między dwiema połówkami.
W bardziej wyrafinowanych zegarach analogowych trzy podstawowe części są połączone za pomocą kół zębatych, kół pasowych i innych układów mechanicznych.
We współczesnych zegarach elementy mechaniczne mogą być zastąpione drutami i prądami elektrycznymi. Istnieje więcej możliwych konfiguracji, niż moglibyśmy kiedykolwiek opisać, więc przyjrzyjmy się bliżej jednemu konkretnemu rodzajowi zegara.
Zegary wahadłowe: pierwszy nowoczesny zegar
Zegary wahadłowe są prawdopodobnie pierwszymi nowoczesnymi zegarami.
Wahadło, pamiętasz, jest ciężarem zawieszonym na stałym punkcie i może się kołysać w przód iw tył - możesz zrobić prosty, zawieszając parę słuchawek dousznych.
Na przełomie XVII i XX wieku eksperymenty fizyki z włoskiego naukowca Galileusza Galileusza doprowadziły go do odkrycia tej wyjątkowej cechy wahadła: zawsze poświęć tyle samo czasu na wykonanie pełnego zamachu.
Dzieje się tak nawet wtedy, gdy opór powietrza i inne czynniki powoli zmniejszają ruch wahadła z każdym zamachem aż do momentu zatrzymania.
Natychmiast rozpoznał potencjał wahadła do mierzenia czasu w mechanizmie zegarowym, ale dopiero w 1656 r. Holenderski naukowiec Christiaan Huygens, zainspirowany pracą Galileusza, zaprojektował działający zegar wahadłowy.
Huygens nie był w stanie zrealizować swojego projektu, więc do jego budowy zatrudnił profesjonalnego zegarmistrza Salomona Costera.
Spojrzenie wewnątrz zegara analogowego
Zobaczmy, jak działają zegary wahadłowe zgodnie z trzyczęściowym podziałem (mechanizm pomiaru czasu, źródło energii i wyświetlacz), które zastosowaliśmy powyżej.
Źródło energii: Podobnie jak klepsydra, pierwsze zegary wahadłowe wykorzystywały grawitację do generowania energii przez układ ciężarów zwisających z kół pasowych. Przekręcenie klucza „zwija” zegar, podnosząc ciężary i magazynując energię potencjalną, utrzymując ciężarki przeciw grawitacji.
Mechanizm pomiaru czasu: Wahadło i element zwany wychwyt regulują szybkość uwalniania energii z ciężarków. Odskok zawiera wycięte koło, które zapewnia, że może poruszać się tylko w dyskretnych krokach lub „tyknięciach”.
Każde ukończone wychylenie wahadła uwalnia jeden haczyk na wychodzeniu, co z kolei pozwala odrobinę spaść ciężarkom.
Pokaz: Wskazówki zegara są połączone przekładnią zębatą z resztą mechanizmu.
Kiedy ucieczka uwalnia jeden tik energii, koła zębate obracają się, a dłonie poruszają się w odpowiedniej ilości.
Jeśli założymy jednosekundowe wahanie, które było powszechne w późniejszych projektach, każdy tyknięcie kończy ruch sekundnika dokładnie 1/60 drogi wokół tarczy zegara.
Mówiąc najprościej: energia jest przechowywany przy użyciu podniesionych ciężarów, a następnie zwalniany z dokładną prędkością do punktualność mechanizm wahadłowy, który obraca ręce pokaz aby wyświetlić aktualny czas.
Zegarki analogowe ze sprężyną
Być może przyszło ci do głowy, że wahadło nie działa w zegarku, który ciągle się porusza.
Zamiast tego używają zegarków mechanicznych główne sprężyny i koła wyważające. Zegary sprężynowe faktycznie wyprzedzają zegary wahadłowe o około 200 lat, ale były znacznie mniej dokładne.
Sprężyna główna jest ciasno zwinięta do przechowywania energia. Koło równoważące jest specjalnie ważonym dyskiem; raz wprawiony w ruch obraca się tam iz powrotem z regularną prędkością, działając jak punktualność mechanizm.
Zegary kwarcowe zasilane bateryjnie
Obecnie najczęstszymi zegarami są zegary kwarcowe, nazwane tak od ich nazw punktualność mechanizm.
Kryształy kwarcu są piezoelektryczny: jeśli przepuścisz przez nie prąd elektryczny, wibrują one z określoną częstotliwością. Zauważasz trend? Prawie każdy proces o określonej szybkości może działać jako mechanizm pomiaru czasu.
Typowy nowoczesny zegar zasilany z baterii to niewielki prąd elektryczny przez kryształ kwarcu, który jest osadzony w obwodzie, który działa jak ucieczka: uwalnia niewielkie ilości energii elektrycznej z baterii w regularnych odstępach czasu podyktowanych drganiami kwarcu.
Każde regularne „tykanie” elektryczności albo napędza silnik, aby poruszać rękami analogowymi, albo steruje wyjściem na ekran cyfrowy.
Ostatnia uwaga na temat zegarów atomowych
Być może widziałeś lub słyszałeś o zegarze atomowym.
Są prawie całkowicie cyfrowe, więc nie zajmiemy się szczegółami, ale podstawowe zasady ich działania są takie same jak powyższe zegary. Dużą różnicą jest ich pomiar czasu: są one zbudowane wokół mechanizmu, który mierzy dokładną szybkość, z jaką atomy cezu uwalniają energię po „wzbudzeniu” przez fale radiowe.
Międzynarodowy System Jednostek ustandaryzował swoją definicję jednej sekundy na temat właściwości cezu w 1967 roku i od tego czasu pozostaje standardem.