Jak fungují analogové hodiny?

Hodiny lze rozdělit do dvou širokých kategorií podle toho, jak zobrazují informace.

Analogový, aka mechanické, hodiny používají pohybující se ruce k indikaci aktuálního času. Digitální hodiny na druhou stranu zobrazují čas jako sadu čísel, obvykle prostřednictvím LCD nebo jiné elektronické obrazovky.

(Je technicky možné mít elektronické hodiny s analogovým displejem, ale je to velmi vzácné - budeme s nimi zacházet analogový a mechanické jako synonyma.)

Každé hodiny potřebují tři základní části:

1. Měření času mechanismus: způsob, jak přesně sledovat průběh času.
2. Energie zdroj: způsob, jak zajistit energii pro pohyb dalších různých složek.
3. Zobrazit: ukazuje uživateli, jaký je aktuální čas.

V nejzákladnějších termínech jsou hodiny zařízení, které používá energie na Zobrazit čas, regulovaný a časomíra mechanismus.

Zvažte přesýpací hodiny plné písku - velmi jednoduché analogové hodiny. Své energie zdrojem je gravitační tah, jeho Zobrazit je množství písku zadržovaného v každé polovině a jeho

V sofistikovanějších analogových hodinách jsou tři základní části spojeny pomocí ozubených kol, řemenic a dalších mechanických systémů.

V moderních hodinách mohou být mechanické součásti nahrazeny dráty a elektrickými proudy. Existuje více možných konfigurací, než jsme kdy mohli pokrýt, pojďme se tedy blíže podívat na jeden konkrétní typ hodin.

Kyvadlové hodiny jsou pravděpodobně první moderní hodiny.

Pamatujete si, že kyvadlo je závaží zavěšené na pevném bodě, které se může houpat sem a tam - jednoduché si můžete vyrobit zavěšením sluchátek.

Na přelomu 17. století jej italské vědce Galileo Galilei experimenty ve fyzice přivedly k objevení této jedinečné vlastnosti kyvadel: jeden bude vždy věnujte stejnou dobu dokončení celého švihu.

To platí, i když odpor vzduchu a další faktory pomalu snižují, jak daleko se kyvadlo pohybuje každým švihem, a to až do okamžiku, kdy se zastaví.

Okamžitě poznal potenciál kyvadel pro měření času uvnitř hodinového mechanismu, ale nebyl až do roku 1656 navrhl nizozemský vědec Christiaan Huygens, inspirovaný Galileovou prací, pracovní kyvadlo hodiny.

Huygens neměl dovednost implementovat svůj design, a proto si na jeho výrobu najal profesionálního hodináře Salomona Costera.

Pojďme se podívat na to, jak kyvadlové hodiny fungují podle třídílného rozdělení (mechanismus časování, zdroj energie a displej), který jsme použili výše.

Zdroj energie: Jako přesýpací hodiny používaly první kyvadlové hodiny gravitaci k výrobě energie prostřednictvím systému závaží visících na kladkách. Otočení klíče by „natáhlo“ hodiny, zvedlo závaží a uchovalo potenciální energii přidržením závaží proti gravitaci.
Mechanismus měření času: Kyvadlo a součást zvaná an únik regulujte rychlost uvolňování energie z vah. Únik zahrnuje ozubené kolečko, které zajišťuje, že se může pohybovat pouze v jednotlivých krocích, nebo „klíšťat“.

Každý dokončený pohyb kyvadla uvolní jeden únik na úniku, což zase umožní, aby váhy trochu poklesly.

Zobrazit: Ruce hodin jsou spojeny přes převodovku se zbytkem mechanismu.

Když únik uvolní jeden klíček energie, rychlostní stupně se otočí a ruce pohnou správným množstvím.

Pokud předpokládáte výkyv kyvadla v délce jedné sekundy, který byl v pozdějších designech běžný, každý klíště skončí pohybem sekundové ručičky přesně 1/60 cesty kolem ciferníku hodin.

Jednoduše řečeno: energie je uložen pomocí zvýšených závaží, poté uvolněn s přesnou rychlostí pomocí časomíra kyvadlový mechanismus, který otáčí rukama Zobrazit pro zobrazení aktuálního času.

Možná vás napadlo, že kyvadlo nebude fungovat v hodinkách, které se neustále pohybují.

Místo toho používají mechanické hodinky hnací pružiny a vyvažovací kola. Hodiny poháněné pružinou ve skutečnosti předcházely kyvadlovým hodinám asi o 200 let, ale byly podstatně méně přesné.

Hlavní pramen je pevně navinutý pro uložení energie. Vyvažovací kolo je speciálně vážený disk; jakmile se uvede do pohybu, otáčí se tam a zpět pravidelným tempem, aby fungovalo jako časomíra mechanismus.

Dnes jsou nejběžnějšími hodinami křemenné hodiny, pojmenované pro své časomíra mechanismus.

Krystaly křemene jsou piezoelektrický: pokud jimi prochází elektrický proud, vibrují určitou rychlostí. Všimněte si trendu? Téměř jakýkoli proces se specifickou rychlostí může fungovat jako mechanismus měření času.

Typické moderní hodiny napájené z baterie vysílají nepatrný elektrický proud přes křemenný krystal, který je zasazen do obvodu, který působí jako únik: uvolňuje malé množství elektřiny z baterie v pravidelných intervalech diktovaných vibracemi křemen.

Každé pravidelné „tikání“ elektřiny buď napájí motor, aby pohyboval analogovými ručičkami, nebo ovládá výstup na digitální obrazovku.

Možná jste viděli nebo slyšeli o atomových hodinách.

Jsou téměř úplně digitální, takže se nebudeme podrobně zabývat, ale základní principy jejich fungování jsou stejné jako výše uvedené hodiny. Velkým rozdílem je jejich měření času: jsou postaveny na mechanismu, který měří přesnou rychlost, jakou atomy cesia uvolňují energii poté, co jsou „vzrušeny“ rádiovými vlnami.

Mezinárodní systém jednotek standardizoval svoji definici jedné sekundy na vlastnosti cesia v roce 1967 a od té doby zůstává standardem.