Kuinka analogiset kellot toimivat?

Kellot voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan sen mukaan, miten ne näyttävät tietoja.

Analoginen, alias mekaaninen, kellot käyttävät liikkuvia käsiä osoittamaan kellonajan. Digitaalinen kellot toisaalta näyttävät ajan numerosarjana, tyypillisesti nestekidenäytön tai muun elektronisen näytön kautta.

(On teknisesti mahdollista saada elektroninen kello analogisella näytöllä, mutta se on hyvin harvinaista - me hoidamme analoginen ja mekaaninen synonyymeinä.)

Jokainen kello tarvitsee kolme perusosaa:

1. Ajankäyttö mekanismi: tapa seurata tarkasti ajan kulumista.
2. Energia lähde: tapa antaa energiaa muiden eri komponenttien liikkeelle.
3. Näyttö: näyttää käyttäjälle nykyisen ajan.

Peruskysymyksissä kello on laite, joka käyttää energiaa että näyttö aika, jota säätelee a ajankäyttö mekanismi.

Harkitse hiekalla täytettyä tiimalasia - hyvin yksinkertainen analoginen kello. Sen energiaa lähde on painovoiman vetovoima, sen näyttö on kummallakin puoliskolla pidetyn hiekan määrä ja sen

Kehittyneemmissä analogisissa kelloissa kolme perusosaa on kytketty hammaspyörien, hihnapyörien ja muiden mekaanisten järjestelmien kautta.

Nykyaikaisissa kelloissa mekaaniset komponentit voidaan korvata johdoilla ja sähkövirroilla. Mahdollisia kokoonpanoja on enemmän kuin voimme koskaan kattaa, joten katsotaanpa tarkemmin yhtä tietyn tyyppistä kelloa.

Heilurikellot ovat epäilemättä ensimmäisiä moderneja kelloja.

Heiluri, muistat, on paino, joka on ripustettu kiinteästä pisteestä ja jonka annetaan heilua edestakaisin - voit tehdä yksinkertaisen ripustamalla parin nappikuulokkeita.

1600-luvun vaihteessa italialaisen tutkijan Galileo Galilein fysiikan kokeilut saivat hänet löytämään tämän heilurien ainutlaatuisen piirteen: yksi aina kestää yhtä paljon aikaa täyden vauhdin suorittamiseen.

Tämä on totta, vaikka ilmanvastus ja muut tekijät vähentävät hitaasti heilurin liikkumista jokaisen heilahduksen kanssa, siihen asti, kunnes se pysähtyy.

Hän tunnisti heti heilurien potentiaalin ajankäyttöön kellomekanismin sisällä, mutta ei vuoteen 1656 asti hollantilainen tiedemies Christiaan Huygens suunnitteli Galileon työn innoittamana toimivan heilurin kello.

Huygensilla ei ollut taitoa toteuttaa suunnittelua, joten hän palkkasi ammattimaisen kellosepän Salomon Costerin rakentamaan sen.

Katsotaanpa, kuinka heilurikellot toimivat edellä käytetyn kolmiosaisen erittelyn (ajanottomekanismi, energialähde ja näyttö) mukaisesti.

Energian lähde: Kuten tiimalasi, ensimmäiset heilurikellot käyttivät painovoimaa energian tuottamiseen hihnapyöristä riippuvien painojärjestelmien kautta. Avaimen kääntäminen "tuulettaisi" kellon, nostaisi painoja ja varastoisi potentiaalista energiaa pitämällä painoja painovoimaa vasten.
Aikamekanismi: Heiluri ja komponentti, jota kutsutaan paeta säätää nopeutta, jolla painojen energia vapautuu. Pakoon sisältyy lovinen pyörä, joka varmistaa, että se voi liikkua vain erillisinä vaiheina eli "punkkeina".

Jokainen heilurin valmistunut keinu vapauttaa yhden tikun poistopäähän, mikä puolestaan ​​antaa painojen pudota pieneen osaan.

Näyttö: Kellon osoittimet on kytketty vaihteiston kautta muuhun mekanismiin.

Kun pako vapauttaa yhden energiapisteen, vaihteet pyörivät ja kädet liikkuvat oikean määrän.

Jos oletat yhden sekunnin heilurikääntöä, joka oli yleistä myöhemmissä malleissa, jokainen rasti päätyy siirtämään sekuntimittaria tarkalleen 1/60 matkalla ympäri kellotaulua.

Yksinkertaisin sanoin: energiaa varastoidaan nostetuilla painoilla ja vapautetaan sitten tarkalla nopeudella ajankäyttö heilurimekanismi, joka kääntää näyttö näyttää nykyisen ajan.

Saatat ajatella, että heiluri ei toimi kellossa, joka liikkuu jatkuvasti ympäriinsä.

Sen sijaan mekaaniset kellot käyttävät pääjouset ja tasapainopyörät. Jousikäyttöiset kellot edeltävät itse asiassa heilurikelloja noin 200 vuotta, mutta olivat huomattavasti vähemmän tarkkoja.

Pääjouset on kiedottu tiukasti varastoitaviksi energiaa. Tasapainopyörä on erityisesti painotettu levy; kerran liikkeelle laskettuna se pyörii edestakaisin säännöllisellä nopeudella toimiakseen a ajankäyttö mekanismi.

Nykyään yleisimmät kellot ovat kvartsikellot, jotka on nimetty niiden mukaan ajankäyttö mekanismi.

Kvartsikiteet ovat pietsosähköinen: jos syötät sähkövirtaa niiden läpi, ne värisevät tietyllä nopeudella. Huomaa trendi? Lähes mikä tahansa prosessi, jolla on tietty nopeus, voi toimia ajanottomekanismina.

Tyypillinen moderni akkukäyttöinen kello lähettää pienen sähkövirran kvartsikiteen kautta, joka on asetettu piiriin, joka toimii kuin pako: se vapauttaa pieniä määriä akkua säännöllisin väliajoin, jotka sanovat akun värähtely kvartsi.

Jokainen tavallinen sähkön “punkki” antaa joko moottorille mahdollisuuden siirtää analogisia käsiä tai ohjaa lähtöä digitaaliselle näytölle.

Olet ehkä nähnyt tai kuullut atomikellon.

Ne ovat melkein kokonaan digitaalisia, joten emme pääse yksityiskohtiin, mutta niiden toiminnan perusperiaatteet ovat samat kuin yllä olevissa kelloissa. Suuri ero on niiden ajanotto: ne on rakennettu mekanismin ympärille, joka mittaa tarkkaa nopeutta, jolla cesiumatomit vapauttavat energiaa radioaaltojen "innoittamana".

Kansainvälinen mittayksikköjärjestelmä standardoi yhden sekunnin määritelmän cesiumin ominaisuuksista vuonna 1967, ja se on pysynyt standardina siitä lähtien.