Hvordan fungerer analoge ure?

Ure kan opdeles i to brede kategorier baseret på hvordan de viser information.

Analog, aka mekanisk, ure bruger bevægelige hænder til at indikere det aktuelle tidspunkt. Digital ure viser derimod tid som et sæt tal, typisk via en LCD eller anden elektronisk skærm.

(Det er teknisk muligt at have et elektronisk ur med en analog skærm, men det er meget sjældent - vi behandler det analog og mekanisk som synonymer.)

Hvert ur har brug for tre grundlæggende dele:

1. Tidtagning mekanisme: en måde at holde nøjagtigt styr på tidens forløb.
2. Energi kilde: en måde at give energi til bevægelse af de andre forskellige komponenter.
3. Skærm: viser brugeren, hvad den aktuelle tid er.

I de mest basale termer er et ur en enhed, der bruger energi til Skærm tid, reguleret af en tidtagning mekanisme.

Overvej et sandfyldt timeglas - et meget simpelt analogt ur. Dens energi kilde er tyngdekraftens træk, dens Skærm er den mængde sand, der holdes i hver halvdel, og dens tidtagning mekanisme er den relativt konstante hastighed, hvormed sand strømmer gennem den smalle åbning mellem de to halvdele.

I mere sofistikerede analoge ure er de tre grundlæggende dele forbundet via gear, remskiver og andre mekaniske systemer.

I moderne ure kan de mekaniske komponenter erstattes af ledninger og elektriske strømme. Der er flere mulige konfigurationer, end vi nogensinde kunne dække, så lad os se nærmere på en bestemt type ur.

Pendulure er uden tvivl de første moderne ure.

Du vil huske, at et pendul er en vægt, der er hængt fra et fast punkt og får lov til at svinge frem og tilbage - du kan lave en enkel ved at dingle et par ørepropper.

Ved begyndelsen af ​​det 17. århundrede førte den italienske videnskabsmand Galileo Galileis eksperimenter med fysik ham til at opdage dette unikke træk ved pendler: man vil altid tage den samme tid til at fuldføre en fuld gang.

Dette gælder, selv når luftmodstand og andre faktorer langsomt reducerer, hvor langt et pendul bevæger sig med hvert sving, lige indtil det øjeblik det stopper.

Han genkendte straks potentialet i pendler til tidtagning inde i en urmekanisme, men det var det ikke indtil 1656 designede den hollandske videnskabsmand Christiaan Huygens, inspireret af Galileos arbejde, et arbejdspendul ur.

Huygens havde ikke evnen til at implementere sit design, så han hyrede den professionelle urmager Salomon Coster til at bygge det.

Lad os se på, hvordan pendulure fungerer i henhold til den tredelte opdeling (tidtagningsmekanisme, energikilde og skærm), vi brugte ovenfor.

Energikilde: Som et timeglas brugte de første pendulure tyngdekraften til at generere energi gennem et vægtsystem, der hænger fra remskiver. Drejning af en nøgle ville "vikle" uret, løfte vægtene og lagre potentiel energi ved at holde vægtene op mod tyngdekraften.
Tidtagningsmekanisme: Et pendul og en komponent kaldet en undslippe regulere den hastighed, hvormed energi fra vægtene frigøres. Undslippe inkluderer et indskåret hjul, der sikrer, at det kun kan bevæge sig i diskrete trin eller "flåter".

Hver afsluttede svingning af pendulet frigiver et kryds på undslipningen, hvilket igen gør det muligt for vægtene at falde en lille smule.

Skærm: Urets hænder er forbundet via tandhjul til resten af ​​mekanismen.

Når undslippe frigiver et kryds af energi, drejer gearene, og hænderne bevæger sig den rigtige mængde.

Hvis du antager et pendulssving i et sekund, hvilket var almindeligt i senere design, ender hvert kryds med at bevæge sekundviseren nøjagtigt 1/60 af vejen rundt om urets ansigt.

I de enkleste termer: energi opbevares ved hjælp af forhøjede vægte og frigives derefter med en nøjagtig hastighed ved tidtagning pendulmekanisme, som drejer hænderne på Skærm for at vise det aktuelle tidspunkt.

Det kan have været dig, at et pendul ikke fungerer i et ur, der konstant bevæger sig rundt.

I stedet bruger mekaniske ure hovedfjedre og balancehjul. Forårsdrevne ure forud for pendulure med omkring 200 år, men var betydeligt mindre nøjagtige.

Hovedfjederen er spolet tæt for at opbevare energi. Balancehjulet er en specielt vægtet disk; når den er sat i bevægelse, roterer den frem og tilbage med regelmæssig hastighed for at fungere som en tidtagning mekanisme.

I dag er de mest almindelige ure kvartsure, der er opkaldt efter deres tidtagning mekanisme.

Kvartskrystaller er piezoelektrisk: hvis du kører en elektrisk strøm gennem dem, vibrerer de med en bestemt hastighed. Læg mærke til en tendens? Næsten enhver proces med en bestemt sats kan fungere som en tidtagningsmekanisme.

Et typisk moderne batteridrevet ur sender en minimal elektrisk strøm gennem en kvartskrystal, der er indstillet i et kredsløb, der virker som en undslippe: den frigiver små mængder elektricitet fra batteriet med jævne mellemrum dikteret af vibrationerne i kvarts.

Hver regelmæssige "kryds" af elektricitet styrer enten en motor til at flytte analoge hænder eller styrer output til en digital skærm.

Du har måske set eller hørt om et atomur.

De er næsten helt digitale, så vi kommer ikke ind på detaljer, men de grundlæggende principper for, hvordan de fungerer, er de samme som urene ovenfor. Den store forskel er deres tidsregistrering: de er bygget op omkring en mekanisme, der måler den nøjagtige hastighed, hvormed cæsiumatomer frigiver energi efter at være "ophidset" af radiobølger.

Det internationale system for enheder standardiserede sin definition af et sekund på egenskaberne af cæsium i 1967, og det har været den standard siden.