Зміст
- Що знаходиться всередині аналогового годинника
- Маятникові годинники: перший сучасний годинник
- Погляд всередині аналогового годинника
- Пружинні аналогові годинники
- Кварцові годинники з акумулятором
- Заключна примітка про атомні годинники
Годинники можна розділити на дві широкі категорії на основі того, як вони відображають інформацію.
Аналог, ака механічні, годинники використовують рухомі руки, щоб вказати поточний час. Цифровий годинники, з іншого боку, відображають час як набір чисел, як правило, через РК-екран або інший електронний екран.
(Технічно можливо мати електронний годинник з аналоговим дисплеєм, але це дуже рідко - ми будемо лікувати аналог і механічні як синоніми.)
Що знаходиться всередині аналогового годинника
Кожен годинник потребує трьох основних частин:
У найосновніших умовах, годинник - це пристрій, який використовує енергія до показ час, регульований а хронометраж механізм.
Розглянемо наповнений піском пісочний годинник - дуже простий аналоговий годинник. Його енергія джерелом є тяжіння сили тяжіння, його показ - кількість піску, що міститься в кожній половині, і його хронометраж Механізм - відносно постійна швидкість, з якою пісок протікає через вузький отвір між двома половинами.
У більш досконалих аналогових годинниках три основні частини з'єднані за допомогою шестерень, шківів та інших механічних систем.
У сучасних годинниках механічні компоненти можуть бути замінені дротами та електричними струмами. Існує більше можливих конфігурацій, ніж ми могли б охопити, тому давайте докладніше розглянемо один конкретний тип годинника.
Маятникові годинники: перший сучасний годинник
Маятникові годинники, мабуть, перші сучасні годинники.
Маятник, ви пам’ятаєте, вага, який висить з нерухомої точки, і йому дозволяється гойдатися вперед і назад - ви можете зробити простий, повісивши пару накладок.
На рубежі 17 століття експерименти італійського вченого Галілео Галілея з фізики спонукали його відкрити цю унікальну особливість маятника: завжди знадобиться стільки ж часу, щоб виконати повний розмах.
Це справедливо навіть тоді, коли опір повітря та інші фактори повільно зменшують наскільки маятник рухається з кожним розмахом, аж до моменту, коли він зупиниться.
Він одразу визнав потенціал маятника для збереження часу всередині годинникового механізму, але лише в 1656 році голландський вчений Крістіан Гюйгенс, натхненний роботою Галілея, спроектував робочий годинник маятника.
Гюйгенс не мав майстерності втілювати свою конструкцію, тож він найняв професійного годинникаря Саломона Костера для його побудови.
Погляд всередині аналогового годинника
Давайте подивимось, як працюють маятникові годинники відповідно до триполосного розбиття (механізм затримки часу, джерело енергії та показ), який ми використовували вище.
Джерело енергії: Як і пісочний годинник, перші маятникові годинники використовували гравітацію для отримання енергії за допомогою системи ваг, що звисають із шківів. Якщо ввімкнути клавішу, то "вітром" буде годинник, підняти ваги та зберегти потенційну енергію, тримаючи ваги проти сили тяжіння.
Механізм хронометражу: Маятник і компонент, що називається an втеча регулюють швидкість, з якою виділяється енергія з ваг. Евакуатор включає зубчасте колесо, що забезпечує його переміщення лише окремими кроками, або «кліщами».
Кожен завершений розгойдування маятника випускає по клітку по одній кришці, що, в свою чергу, дозволяє вагам опускати крихітний шматочок.
Дисплей: Руки годинника з'єднані за допомогою зубчастих поїздів до решти механізму.
Коли втеча вивільняє один тик енергії, передачі повертаються, а руки рухають потрібну кількість.
Якщо ви припускаєте маятникову гойдалку на одну секунду, яка була поширеною в наступних конструкціях, кожен кліщ закінчується, переміщаючи секунду рукою рівно на 1/ 60-ту частину шляху навколо годинника.
Найпростішими словами: енергія зберігається з використанням піднятих ваг, потім вивільняється з точною швидкістю на хронометраж маятниковий механізм, який обертає руки показ щоб показати поточний час.
Пружинні аналогові годинники
Можливо, вам прийшло в голову, що маятник не буде працювати в годиннику, який постійно рухається.
Натомість використовують механічні годинники головний друк і балансові колеса. Пружинні годинники фактично передували маятникові годинники приблизно за 200 років, але були значно менш точними.
Основна пружина намотана для зберігання енергія. Балансове колесо - це спеціально зважений диск; щойно приведений у рух, він обертається вперед і назад з регулярною швидкістю, щоб діяти як хронометраж механізм.
Кварцові годинники з акумулятором
Сьогодні найпоширенішими годинниками є кварцові годинники, названі їх хронометраж механізм.
Кварцові кристали є п’єзоелектрик: якщо ви пропускаєте через них електричний струм, вони вібрують із певною швидкістю. Помічаєте тенденцію? Практично будь-який процес із визначеною швидкістю може виступати як механізм затримки часу.
Типовий сучасний годинник, що працює на акумуляторі, - це мізерний електричний струм через кварцовий кристал, який встановлюється в ланцюг, який діє як спасіння: він випускає невелику кількість електроенергії з акумулятора через рівні проміжки часу, що диктується вібрацією кварцу.
Кожен звичайний "тик" електрики або змушує двигун переміщати аналогові руки, або контролює вихід на цифровий екран.
Заключна примітка про атомні годинники
Можливо, ви бачили чи чули про атомний годинник.
Вони майже повністю цифрові, тому ми не будемо вникати в деталі, але основні принципи їх роботи такі ж, як і годинники вище. Велика різниця полягає в їх затримці часу: вони побудовані навколо механізму, який вимірює точну швидкість, з якою атоми цезію вивільняють енергію після "збудження" радіохвилями.
Міжнародна система одиниць стандартизувала своє визначення на секунду щодо властивостей цезію в 1967 році і з тих пір вона залишається стандартом.