Πώς λειτουργούν τα αναλογικά ρολόγια;

Τα ρολόγια μπορούν να χωριστούν σε δύο ευρείες κατηγορίες με βάση τον τρόπο εμφάνισης πληροφοριών.

Αναλογικό, γνωστό και ως μηχανικός, τα ρολόγια χρησιμοποιούν κινούμενα χέρια για να δείξουν την τρέχουσα ώρα. Ψηφιακό Τα ρολόγια, από την άλλη πλευρά, εμφανίζουν το χρόνο ως ένα σύνολο αριθμών, συνήθως μέσω μιας LCD ή άλλης ηλεκτρονικής οθόνης.

(Είναι τεχνικά δυνατό να έχουμε ένα ηλεκτρονικό ρολόι με αναλογική οθόνη, αλλά είναι πολύ σπάνιο - θα το αντιμετωπίσουμε αναλογικό και μηχανικός ως συνώνυμα.)

Κάθε ρολόι χρειάζεται τρία βασικά μέρη:

1. Χρονοδιάγραμμα μηχανισμός: ένας τρόπος για να παρακολουθείτε με ακρίβεια το πέρασμα του χρόνου.
2. Ενέργεια πηγή: ένας τρόπος παροχής ενέργειας για την κίνηση των άλλων διαφόρων συστατικών.
3. Απεικόνιση: δείχνει στον χρήστη ποια είναι η τρέχουσα ώρα.

Με τους πιο βασικούς όρους, ένα ρολόι είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί ενέργεια προς την απεικόνιση χρόνο, ρυθμιζόμενο από ένα χρονομέτρηση μηχανισμός.

Σκεφτείτε μια κλεψύδρα γεμάτη άμμο - ένα πολύ απλό αναλογικό ρολόι. Του

Σε πιο εξελιγμένα αναλογικά ρολόγια, τα τρία βασικά μέρη συνδέονται μέσω γραναζιών, τροχαλιών και άλλων μηχανικών συστημάτων.

Στα σύγχρονα ρολόγια, τα μηχανικά εξαρτήματα μπορούν να αντικατασταθούν από καλώδια και ηλεκτρικά ρεύματα. Υπάρχουν περισσότερες πιθανές διαμορφώσεις από ό, τι θα μπορούσαμε ποτέ να καλύψουμε, οπότε ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε έναν συγκεκριμένο τύπο ρολογιού.

Τα ρολόγια εκκρεμών είναι αναμφισβήτητα τα πρώτα σύγχρονα ρολόγια.

Ένα εκκρεμές, θα θυμάστε, είναι ένα βάρος που κρέμεται από ένα σταθερό σημείο και επιτρέπεται να ταλαντεύεται μπρος-πίσω - μπορείτε να κάνετε ένα απλό κρεμάζοντας ένα ζευγάρι ακουστικά.

Στα τέλη του 17ου αιώνα, τα πειράματα του Ιταλού επιστήμονα Galileo Galilei στη φυσική τον οδήγησαν να ανακαλύψει αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό των εκκρεμών: πάντα αφιερώστε τον ίδιο χρόνο για να ολοκληρώσετε μια πλήρη εξέλιξη.

Αυτό ισχύει ακόμη και όταν η αντίσταση του αέρα και άλλοι παράγοντες μειώνουν αργά το βαθμό που ένα εκκρεμές κινείται με κάθε ταλάντευση, μέχρι τη στιγμή που σταματά.

Αναγνώρισε αμέσως τις δυνατότητες εκκρεμών για χρονομέτρηση μέσα σε ένα μηχανισμό ρολογιού, αλλά δεν ήταν μέχρι το 1656 ο Ολλανδός επιστήμονας Christiaan Huygens, εμπνευσμένος από το έργο του Galileo, σχεδίασε ένα εκκρεμές εργασίας ρολόι.

Ο Huygens δεν είχε την ικανότητα να εφαρμόσει το σχέδιό του, οπότε προσέλαβε τον επαγγελματία ρολόι Salomon Coster για να το κατασκευάσει.

Ας δούμε πώς λειτουργούν τα ρολόγια εκκρεμούς σύμφωνα με την ανάλυση τριών μερών (μηχανισμός χρονομέτρησης, πηγή ενέργειας και οθόνη) που χρησιμοποιήσαμε παραπάνω.

ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: Όπως μια κλεψύδρα, τα πρώτα ρολόγια εκκρεμούς χρησιμοποίησαν τη βαρύτητα για να παράγουν ενέργεια μέσω ενός συστήματος βαρών που κρέμονται από τροχαλίες. Η περιστροφή ενός κλειδιού θα «ανεμούσε» το ρολόι, ανυψώνοντας τα βάρη και αποθηκεύοντας πιθανή ενέργεια κρατώντας τα βάρη πάνω από τη βαρύτητα.
Μηχανισμός χρονομέτρησης: Ένα εκκρεμές και ένα στοιχείο που ονομάζεται ρυθμιστής ωρολογιού ρυθμίστε το ρυθμό με τον οποίο απελευθερώνεται η ενέργεια από τα βάρη. Το απόσπασμα περιλαμβάνει έναν οδοντωτό τροχό που εξασφαλίζει ότι μπορεί να κινείται μόνο σε διακριτά βήματα, ή "τσιμπούρια"

Κάθε ολοκληρωμένη ταλάντευση του εκκρεμούς απελευθερώνει ένα τσιμπούρι στη διαφυγή, η οποία με τη σειρά της επιτρέπει στα βάρη να πέσουν λίγο.

Απεικόνιση: Τα χέρια του ρολογιού συνδέονται μέσω γραναζιού με τον υπόλοιπο μηχανισμό.

Όταν η διαφυγή απελευθερώνει ένα κρότωμα ενέργειας, τα γρανάζια γυρίζουν και τα χέρια μετακινούν τη σωστή ποσότητα.

Εάν υποθέσετε μια ταλάντευση εκκρεμούς ενός δευτερολέπτου, η οποία ήταν συνηθισμένη σε μεταγενέστερα σχέδια, κάθε κρότωνας καταλήγει να κινεί το χέρι δευτερολέπτων ακριβώς το 1/60 του τρόπου γύρω από το ρολόι.

Με τους απλούστερους όρους: ενέργεια αποθηκεύεται χρησιμοποιώντας ανυψωμένα βάρη και στη συνέχεια απελευθερώνεται με ακριβή ρυθμό έως χρονομέτρηση μηχανισμός εκκρεμούς, που γυρίζει τα χέρια του απεικόνιση για να δείξει την τρέχουσα ώρα.

Μπορεί να έχετε συμβεί ότι ένα εκκρεμές δεν θα λειτουργούσε σε ένα ρολόι, το οποίο κινείται συνεχώς.

Αντίθετα, χρησιμοποιούν μηχανικά ρολόγια κεντρικές πηγές και τροχοί ισορροπίας. Τα ρολόγια που βασίζονται στην άνοιξη προηγούνται στην πραγματικότητα των ρολογιών εκκρεμών περίπου 200 χρόνια, αλλά ήταν πολύ λιγότερο ακριβή.

Το κεντρικό ελατήριο είναι τυλιγμένο για αποθήκευση ενέργεια. Ο τροχός ισορροπίας είναι ένας ειδικά σταθμισμένος δίσκος. Μόλις τεθεί σε κίνηση περιστρέφεται μπρος-πίσω με κανονικό ρυθμό για να ενεργήσει ως χρονομέτρηση μηχανισμός.

Σήμερα, τα πιο συνηθισμένα ρολόγια είναι ρολόγια χαλαζία, που ονομάζονται για αυτά χρονομέτρηση μηχανισμός.

Οι κρύσταλλοι χαλαζία είναι πιεζοηλεκτρικό: εάν τρέχετε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω αυτών, δονείται με συγκεκριμένο ρυθμό. Παρατηρείτε μια τάση; Σχεδόν οποιαδήποτε διαδικασία με συγκεκριμένο ρυθμό μπορεί να λειτουργήσει ως μηχανισμός χρονομέτρησης.

Ένα τυπικό σύγχρονο ρολόι με μπαταρία στέλνει ένα μικροσκοπικό ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ενός κρυστάλλου χαλαζία, το οποίο είναι τοποθετημένο σε ένα κύκλωμα που δρα σαν απόδραση: απελευθερώνει μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας από την μπαταρία σε τακτά χρονικά διαστήματα που υπαγορεύονται από τη δόνηση του χαλαζίας.

Κάθε κανονικό «τσιμπούρι» ηλεκτρικής ενέργειας τροφοδοτεί έναν κινητήρα για να μετακινεί αναλογικά χέρια ή ελέγχει την έξοδο σε ψηφιακή οθόνη.

Μπορεί να έχετε δει ή ακούσει ένα ατομικό ρολόι.

Είναι σχεδόν εντελώς ψηφιακά, οπότε δεν θα έχουμε λεπτομέρειες, αλλά οι βασικές αρχές του τρόπου λειτουργίας τους είναι οι ίδιες με τα παραπάνω ρολόγια. Η μεγάλη διαφορά είναι η χρονομέτρησή τους: κατασκευάζονται γύρω από έναν μηχανισμό που μετρά τον ακριβή ρυθμό με τον οποίο τα άτομα καισίου απελευθερώνουν ενέργεια αφού «ενθουσιαστούν» από τα ραδιοκύματα.

Το Διεθνές Σύστημα Μονάδων τυποποίησε τον ορισμό του για ένα δευτερόλεπτο σχετικά με τις ιδιότητες του καισίου το 1967 και από τότε παραμένει το πρότυπο.