كيف تعمل الساعات التناظرية؟

يمكن تقسيم الساعات إلى فئتين رئيسيتين بناءً على كيفية عرضها للمعلومات.

التناظرية ، الملقب ميكانيكي، تستخدم الساعات عقارب متحركة للإشارة إلى الوقت الحالي. رقمي من ناحية أخرى ، تعرض الساعات الوقت كمجموعة من الأرقام ، عادةً عبر شاشة LCD أو شاشة إلكترونية أخرى.

(من الممكن تقنيًا أن يكون لديك ساعة إلكترونية بشاشة عرض تناظرية ، لكنها نادرة جدًا - سنتعامل معها التناظرية و ميكانيكي كمرادفات.)

كل ساعة تحتاج إلى ثلاثة أجزاء أساسية:

1. ضبط الوقت آلية: طريقة لتتبع مرور الوقت بدقة.
2. طاقة المصدر: طريقة لتوفير الطاقة لحركة المكونات المختلفة الأخرى.
3. عرض: يظهر للمستخدم ما هو الوقت الحالي.

في أبسط المصطلحات ، الساعة هي جهاز يستخدم طاقة ل عرض الوقت الذي ينظمه أ ضبط الوقت آلية.

فكر في ساعة رملية مليئة بالرمال - ساعة تناظرية بسيطة للغاية. انها طاقة المصدر هو جاذبية الجاذبية ، لها عرض هي كمية الرمل المحتفظ بها في كل نصف ، ومقدارها ضبط الوقت الآلية هي المعدل الثابت نسبيًا الذي يتدفق فيه الرمل عبر الفتحة الضيقة بين النصفين.

في الساعات التناظرية الأكثر تعقيدًا ، يتم توصيل الأجزاء الأساسية الثلاثة عبر التروس والبكرات والأنظمة الميكانيكية الأخرى.

في الساعات الحديثة ، يمكن استبدال المكونات الميكانيكية بأسلاك وتيارات كهربائية. هناك تكوينات محتملة أكثر مما يمكننا تغطيته ، لذلك دعونا نلقي نظرة فاحصة على نوع معين من الساعات.

يمكن القول أن ساعات البندول هي أول الساعات الحديثة.

ستتذكر أن البندول هو وزن معلق من نقطة ثابتة ويسمح له بالتأرجح ذهابًا وإيابًا - يمكنك عمل وزن بسيط بتدلي زوج من سماعات الأذن.

في مطلع القرن السابع عشر ، قادته تجارب العالم الإيطالي جاليليو جاليلي في الفيزياء إلى اكتشاف هذه الميزة الفريدة للبندولات: دائما خذ نفس القدر من الوقت لإكمال جولة كاملة.

هذا صحيح حتى مع مقاومة الهواء وعوامل أخرى تقلل ببطء من مدى تحرك البندول مع كل تأرجح ، حتى اللحظة التي يتوقف فيها.

أدرك على الفور قدرة البندولات على ضبط الوقت داخل آلية الساعة ، لكنها لم تكن كذلك حتى عام 1656 ، قام العالم الهولندي كريستيان هيغنز بتصميم بندول عملي مستوحى من أعمال غاليليو ساعة.

لم يكن لدى Huygens المهارة اللازمة لتنفيذ تصميمه ، لذلك قام بتعيين صانع ساعات محترف Salomon Coster لبنائه.

دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل ساعات البندول وفقًا للتقسيم المكون من ثلاثة أجزاء (آلية ضبط الوقت ومصدر الطاقة والعرض) الذي استخدمناه أعلاه.

مصدر طاقة: مثل الساعة الرملية ، استخدمت ساعات البندول الأولى الجاذبية لتوليد الطاقة من خلال نظام الأوزان المتدلية من البكرات. سيؤدي تشغيل المفتاح إلى "تشغيل" الساعة ورفع الأوزان وتخزين الطاقة الكامنة عن طريق رفع الأوزان مقابل الجاذبية.
آلية ضبط الوقت: بندول ومكون يسمى الهروب تنظيم معدل إطلاق الطاقة من الأوزان. يشتمل الميزان على عجلة مسننة تضمن عدم قدرتها على التحرك إلا بخطوات منفصلة أو "علامات".

كل تأرجح مكتمل للبندول يطلق علامة واحدة على الميزان ، والذي بدوره يسمح للأوزان بالهبوط قليلاً.

عرض: يتم توصيل عقارب الساعة عبر قطار تروس ببقية الآلية.

عندما يطلق الميزان علامة واحدة من الطاقة ، تدور التروس وتحرك العقارب المقدار الصحيح.

إذا افترضت أن تأرجح البندول لمدة ثانية واحدة ، والذي كان شائعًا في التصميمات اللاحقة ، فإن كل علامة ينتهي بها الأمر بتحريك عقرب الثواني 1/60 بالضبط من الطريق حول وجه الساعة.

بأبسط العبارات: طاقة يتم تخزينها باستخدام أوزان مرتفعة ، ثم يتم تحريرها بمعدل دقيق بمقدار ضبط الوقت آلية البندول ، والتي تدير أيدي عرض لإظهار الوقت الحالي.

ربما خطر ببالك أن البندول لن يعمل في الساعة التي تتحرك باستمرار.

بدلا من ذلك ، تستخدم الساعات الميكانيكية زنبركات رئيسية و عجلات التوازن. تسبق الساعات التي يحركها الربيع في الواقع ساعات البندول بحوالي 200 عام ، لكنها كانت أقل دقة بكثير.

النابض الرئيسي محكم للتخزين طاقة. عجلة التوازن هي قرص مرجح بشكل خاص ؛ بمجرد أن يبدأ في الحركة ، فإنه يدور ذهابًا وإيابًا بمعدل منتظم ليكون بمثابة ملف ضبط الوقت آلية.

اليوم ، الساعات الأكثر شيوعًا هي ساعات الكوارتز ، والتي سميت باسمها ضبط الوقت آلية.

بلورات الكوارتز كهرضغطية: إذا قمت بتشغيل تيار كهربائي من خلالها ، فإنها تهتز بمعدل معين. لاحظ الاتجاه؟ يمكن لأي عملية بمعدل معين تقريبًا أن تكون بمثابة آلية ضبط الوقت.

ترسل ساعة نموذجية حديثة تعمل بالبطارية تيارًا كهربائيًا ضئيلًا عبر بلورة كوارتز ، والتي يتم ضبطها في دائرة تعمل مثل الميزان: يطلق كميات صغيرة من الكهرباء من البطارية على فترات منتظمة تمليها اهتزاز كوارتز.

تعمل كل "علامات" عادية للكهرباء إما على تشغيل محرك لتحريك العقارب التناظرية أو التحكم في الإخراج إلى شاشة رقمية.

ربما تكون قد شاهدت أو سمعت عن ساعة ذرية.

إنها رقمية بالكامل تقريبًا ، لذلك لن ندخل في التفاصيل ، ولكن المبادئ الأساسية لكيفية عملها هي نفسها الساعات المذكورة أعلاه. يكمن الاختلاف الكبير في ضبط الوقت: فهي مبنية حول آلية تقيس المعدل الدقيق الذي تطلق به ذرات السيزيوم الطاقة بعد "إثارة" بواسطة موجات الراديو.

قام النظام الدولي للوحدات بتوحيد تعريفه لثانية واحدة على خصائص السيزيوم في عام 1967 ، وظل هو المعيار منذ ذلك الحين.