Kellasid saab jagada kahte laia kategooriasse vastavalt sellele, kuidas nad teavet kuvavad.
Analoog ehk aka mehaaniline, kellad kasutavad praeguse kellaaja näitamiseks liikuvaid käsi. Digitaalne kellad seevastu kuvavad aega numbrikomplektina, tavaliselt LCD või muu elektroonilise ekraani kaudu.
(Analoogekraaniga elektroonilise kella olemasolu on tehniliselt võimalik, kuid see on väga haruldane - me ravime analoog ja mehaaniline sünonüümidena.)
Mis on analoogkella sees
Iga kell vajab kolme põhiosa:
- Ajaarvestus mehhanism: viis aja möödumise täpseks jälgimiseks.
- Energia allikas: viis anda energiat teiste erinevate komponentide liikumiseks.
- Kuva: näitab kasutajale praegust kellaaega.
Kõige lihtsamalt öeldes on kell seade, mis kasutab energia kuni kuva aeg, reguleeritud a ajaarvestus mehhanism.
Mõelgem liivaga täidetud liivakellale - väga lihtsale analoogkellale. Selle energia allikas on gravitatsiooni tõmme, selle kuva on kummaski pooles peetava liiva kogus ja see ajaarvestus mehhanism on suhteliselt püsiv kiirus, mille juures liiv voolab läbi poolte kitsa ava.
Keerukamates analoogkellades on kolm põhiosa ühendatud hammasrataste, rihmarataste ja muude mehaaniliste süsteemide kaudu.
Kaasaegsetes kellades võivad mehaanilised komponendid asendada juhtmete ja elektrivooludega. Võimalikke konfiguratsioone on rohkem, kui me kunagi kataksime, nii et vaatame lähemalt ühte kindlat tüüpi kella.
Pendelkellad: esimene moodne kell
Pendelkellad on vaieldamatult esimesed moodsad kellad.
Mäletate, et pendel on fikseeritud punktist riputatud raskus, millel lastakse edasi-tagasi kõikuda - saate teha lihtsa, riputades paari kõrvaklappe.
17. sajandi vahetusel viisid Itaalia teadlase Galileo Galilei füüsikalised katsed teda avastama pendlite ainulaadset omadust: alati võtke täispika hoo läbimiseks sama palju aega.
See kehtib isegi siis, kui õhutakistus ja muud tegurid vähendavad aeglaselt pendli liikumist iga kiigega kuni selle peatumiseni.
Ta tunnistas kohe pendlite potentsiaali ajamõõtmisel kellamehhanismi sees, kuid see ei olnud nii aastani 1656 kujundas Hollandi teadlane Christiaan Huygens Galileo tööst inspireerituna töötava pendli kell.
Huygensil puudus oskus oma disaini ellu viia, seetõttu palkas ta selle ehitamiseks professionaalse kellassepa Salomon Costeri.
Pilk analoogkella sisse
Vaatame, kuidas pendelkellad töötavad vastavalt eespool kasutatud kolmeosalisele jaotusele (ajaarvamismehhanism, energiaallikas ja kuva).
Energiaallikas: Nagu liivakell, kasutasid esimesed pendlikellad gravitatsiooni energia tootmiseks rihmarataste küljes rippuvate kaalude süsteemi kaudu. Võtme keeramine tuulutaks kella, tõstaks raskusi ja salvestaks potentsiaalset energiat, hoides raskusi raskusjõu vastu.
Ajaarvestusmehhanism: Pendel ja komponent nimega an põgenemine reguleerida raskustest eralduva energia kiirust. Põgenemisruum sisaldab sälguga ratast, mis tagab, et see saab liikuda ainult eraldiseisvate sammude või puugidena.
Iga pendli lõpetatud kiik vabastab põgenemisel ühe puugi, mis omakorda võimaldab kaaludel pisikest langust.
Kuva: Kella käed on reduktori kaudu ühendatud ülejäänud mehhanismiga.
Kui põgenemine vabastab ühe energiapuugi, käigud pöörlevad ja käed liiguvad õiges koguses.
Kui oletada, et hilisemates kujundustes oli tavaline ühepikkune pendli kiik, liigub iga linnuke sekundiklahvi täpselt 1/60-nda osa ööpäevaringselt.
Kõige lihtsamalt öeldes: energia salvestatakse tõstetud raskustega, seejärel vabastatakse täpse kiirusega ajaarvestus pendli mehhanism, mis pöörab käed kuva praeguse kellaaja kuvamiseks.
Kevadised analoogkellad
Võib juhtuda, et olete mõelnud, et pendel ei tööta pidevalt ringi liikuvas kellas.
Selle asemel kasutatakse mehaanilisi kellasid põhivedrud ja tasakaalu rattad. Vedrukellad on enne pendlikellade eelkäijaid umbes 200 aastat, kuid olid tunduvalt vähem täpsed.
Põhivedru on hoiustamiseks haavatud energia. Tasakaaluratas on spetsiaalselt kaalutud ketas; kui see on liikuma pandud, pöörleb see regulaarselt edasi-tagasi, et toimida a ajaarvestus mehhanism.
Patareitoitega kvartskellad
Tänapäeval on kõige levinumad kellakellad, mis on nimetatud nende järgi ajaarvestus mehhanism.
Kvartskristallid on piesoelektriline: kui juhite nende kaudu elektrivoolu, vibreerivad nad kindla kiirusega. Märka trendi? Peaaegu iga konkreetse kiirusega protsess võib toimida ajaarvestusmehhanismina.
Tüüpiline kaasaegne patareitoitega kell saadab kvartskristalli kaudu väikese koguse elektrivoolu, mis on paigutatud vooluahelasse, mis toimib nagu põgenemine: see vabastab akust väikese koguse elektrit regulaarsete ajavahemike järel, mille kvarts.
Iga tavaline elektrienergia „tiksumine” annab mootorile võimaluse analoogkäte liigutamiseks või juhib väljundit digitaalsele ekraanile.
Viimane märkus aatomikellade kohta
Võib-olla olete näinud või kuulnud aatomikellast.
Need on peaaegu täielikult digitaalsed, nii et me ei hakka üksikasjadesse laskuma, kuid nende tööpõhimõtted on samad mis ülaltoodud kelladel. Suur erinevus on nende ajaarvestus: need on üles ehitatud mehhanismi ümber, mis mõõdab tseesiumi aatomite täpset kiirust pärast raadiolainete "ergastamist".
Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem standardiseeris tseesiumi omaduste osas ühe sekundi määratluse 1967. aastal ja on sellest ajast peale püsinud.