Часовниците могат да бъдат разделени на две широки категории въз основа на това как показват информацията.
Аналог, известен още като механични, часовниците използват движещи се стрелки, за да показват текущото време. Дигитален часовниците, от друга страна, показват времето като набор от числа, обикновено чрез LCD или друг електронен екран.
(Технически е възможно да има електронен часовник с аналогов дисплей, но това е много рядко - ще лекуваме аналогов и механични като синоними.)
Какво има вътре в аналогов часовник
Всеки часовник се нуждае от три основни части:
- Хронометриране механизъм: начин за проследяване на точния ход на времето.
- Енергия източник: начин за осигуряване на енергия за движението на другите различни компоненти.
- Дисплей: показва на потребителя какво е текущото време.
Най-елементарно, часовникът е устройство, което използва енергия да се дисплей време, регулирано от a хронометриране механизъм.
Помислете за пясъчен пясъчен часовник - много прост аналогов часовник. Неговата енергия източникът е привличането на гравитацията, неговото
В по-сложните аналогови часовници трите основни части са свързани чрез зъбни колела, ролки и други механични системи.
В съвременните часовници механичните компоненти могат да бъдат заменени с проводници и електрически токове. Има повече възможни конфигурации, отколкото някога бихме могли да покрием, така че нека разгледаме по-отблизо един конкретен тип часовник.
Махални часовници: Първият модерен часовник
Махалните часовници са може би първите модерни часовници.
Махалото, ще си спомните, е тежест, окачена от фиксирана точка и позволена да се люлее напред-назад - можете да направите просто, като закачите чифт тапи за уши.
В началото на 17-ти век експериментите на италианския учен Галилео Галилей по физика го накараха да открие тази уникална характеристика на махалата: винаги отделете същото време, за да завършите пълната си работа.
Това е вярно, дори когато въздушното съпротивление и други фактори бавно намаляват докъде се движи махалото при всяко люлеене, чак до момента, в който спре.
Той веднага разпозна потенциала на махалата за отчитане на времето в часовников механизъм, но това не беше така до 1656 г. холандският учен Кристиан Хюйгенс, вдъхновен от работата на Галилей, проектира работещо махало часовник.
Хюйгенс не е имал умението да реализира своя дизайн, така че той е наел професионален часовникар Саломон Костер, за да го изгради.
Поглед вътре в аналогов часовник
Нека да разгледаме как работят махалните часовници според разбивката от три части (механизъм за измерване на времето, източник на енергия и дисплей), който използвахме по-горе.
Източник на енергия: Подобно на пясъчен часовник, първите часовници с махало използват гравитацията, за да генерират енергия чрез система от тежести, окачени на ролки. Завъртането на ключ би „навило“ часовника, повдигнало тежестите и съхранило потенциалната енергия, като държите тежестите в изправено положение срещу гравитацията.
Механизъм за измерване на времето: Махало и компонент, наречен бягство регулират скоростта, с която се отделя енергия от тежестите. Ескалацията включва назъбено колело, което гарантира, че може да се движи само на дискретни стъпки или „кърлежи“.
Всяко завършено люлеене на махалото освобождава по един отметка върху ескалатора, което от своя страна позволява тежестите да спаднат малко.
Дисплей: Стрелките на часовника са свързани чрез зъбна предавка към останалата част от механизма.
Когато евакуацията освободи един тик енергия, зъбните колела се завъртат и стрелките движат правилното количество.
Ако приемете едносекундно махало с махало, което е често срещано в по-късните дизайни, всеки отметка завършва, като движи секундната стрелка точно на 1/60 от циферблата на часовника.
Най-просто: енергия се съхранява с използване на повдигнати тежести, след което се освобождава с точна скорост от хронометриране махален механизъм, който завърта стрелките на дисплей за да покаже текущото време.
Пролетни аналогови часовници
Може да ви е хрумнало, че махало няма да работи в часовник, който постоянно се движи.
Вместо това използват механични часовници главни отпечатъци и балансиращи колела. Пролетните часовници всъщност предшестват махалните часовници с около 200 години, но са били значително по-малко точни.
Основната пружина е навита плътно за съхранение енергия. Балансиращото колело е специално претеглен диск; веднъж пуснат в движение, той се върти напред-назад с нормална скорост, за да действа като a хронометриране механизъм.
Кварцови часовници с батерии
Днес най-често срещаните часовници са кварцовите часовници, кръстени на техните хронометриране механизъм.
Кварцовите кристали са пиезоелектричен: ако прокарате електрически ток през тях, те вибрират с определена скорост. Забелязвате тенденция? Почти всеки процес с конкретна скорост може да действа като механизъм за отчитане на времето.
Типичен съвременен часовник, захранван от батерии, изпраща минимален електрически ток през кварцов кристал, който е настроен във верига, която действа като евакуация: той отделя малки количества електричество от батерията на равни интервали, продиктувани от вибрациите на кварц.
Всеки редовен „тик“ на електричество или задвижва мотора да движи аналогови стрелки, или контролира изхода на цифров екран.
Последна бележка за атомните часовници
Може да сте виждали или чували за атомен часовник.
Те са почти изцяло цифрови, така че няма да навлизаме в подробности, но основните принципи за това как работят са същите като часовниците по-горе. Голямата разлика е в тяхното отчитане на времето: те са изградени около механизъм, който измерва точната скорост, с която цезиевите атоми отделят енергия, след като са "възбудени" от радиовълните.
Международната система от единици стандартизира дефиницията си за една секунда за свойствата на цезия през 1967 г. и оттогава тя остава стандарт.