Les horloges peuvent être divisées en deux grandes catégories en fonction de la façon dont elles affichent les informations.
Analogique, alias mécanique, les horloges utilisent des aiguilles mobiles pour indiquer l'heure actuelle. Numérique les horloges, d'autre part, affichent l'heure sous la forme d'un ensemble de chiffres, généralement via un écran LCD ou un autre écran électronique.
(Il est techniquement possible d'avoir une horloge électronique avec un affichage analogique, mais c'est très rare - nous traiterons analogique et mécanique comme synonymes.)
Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une horloge analogique
Chaque horloge a besoin de trois parties fondamentales :
- Chronométrage mécanisme: un moyen de garder une trace précise du passage du temps.
- Énergie source: un moyen de fournir de l'énergie pour le mouvement des autres divers composants.
- Affichage: montre à l'utilisateur quelle est l'heure actuelle.
Dans les termes les plus élémentaires, une horloge est un appareil qui utilise énergie à affichage temps, réglé par un chronométrage mécanisme.
Considérez un sablier rempli de sable – une horloge analogique très simple. Son énergie la source est l'attraction de la gravité, sa affichage est la quantité de sable contenue dans chaque moitié, et sa chronométrage mécanisme est la vitesse relativement constante à laquelle le sable s'écoule à travers l'ouverture étroite entre les deux moitiés.
Dans les horloges analogiques plus sophistiquées, les trois parties fondamentales sont connectées via des engrenages, des poulies et d'autres systèmes mécaniques.
Dans les horloges modernes, les composants mécaniques peuvent être remplacés par des fils et des courants électriques. Il y a plus de configurations possibles que nous ne pourrions jamais couvrir, alors examinons de plus près un type d'horloge en particulier.
Horloges à pendule: la première horloge moderne
Les horloges à pendule sont sans doute les premières horloges modernes.
Un pendule, vous vous en souviendrez, est un poids suspendu à un point fixe et autorisé à se balancer d'avant en arrière - vous pouvez en faire un simple en faisant pendre une paire d'écouteurs.
Au tournant du XVIIe siècle, les expériences de physique du scientifique italien Galileo Galilei l'ont amené à découvrir cette caractéristique unique des pendules: on va toujours prendre le même temps pour terminer un swing complet.
Cela est vrai même si la résistance de l'air et d'autres facteurs réduisent lentement la distance parcourue par un pendule à chaque oscillation, jusqu'au moment où il s'arrête.
Il a immédiatement reconnu le potentiel des pendules pour le chronométrage à l'intérieur d'un mécanisme d'horloge, mais ce n'était pas le cas. jusqu'en 1656 que le scientifique néerlandais Christiaan Huygens, inspiré par les travaux de Galilée, a conçu un pendule de travail l'horloge.
Huygens n'avait pas les compétences nécessaires pour mettre en œuvre sa conception, il a donc engagé l'horloger professionnel Salomon Coster pour le construire.
Un regard à l'intérieur d'une horloge analogique
Regardons comment fonctionnent les horloges à pendule selon la répartition en trois parties (mécanisme de chronométrage, source d'énergie et affichage) que nous avons utilisée ci-dessus.
Source d'énergie: Comme un sablier, les premières horloges à pendule utilisaient la gravité pour générer de l'énergie grâce à un système de poids suspendus à des poulies. Tourner une clé "remonterait" l'horloge, soulèverait les poids et stockerait l'énergie potentielle en maintenant les poids contre la gravité.
Mécanisme de chronométrage : Un pendule et un composant appelé un échappement réguler la vitesse à laquelle l'énergie des poids est libérée. L'échappement comprend une roue crantée qui garantit qu'il ne peut se déplacer que par étapes discrètes, ou « ticks ».
Chaque oscillation terminée du pendule libère un tic sur l'échappement, ce qui à son tour permet aux poids de baisser un tout petit peu.
Affichage: Les aiguilles de l'horloge sont reliées par rouage au reste du mécanisme.
Lorsque l'échappement libère un tic d'énergie, les engrenages tournent et les aiguilles bougent de la bonne quantité.
Si vous supposez une oscillation de pendule d'une seconde, ce qui était courant dans les conceptions ultérieures, chaque tick finit par déplacer l'aiguille des secondes exactement au 1/60e du tour du cadran de l'horloge.
Dans les termes les plus simples: énergie est stocké à l'aide de poids surélevés, puis libéré à un rythme précis par chronométrage mécanisme à pendule, qui fait tourner les aiguilles du affichage pour afficher l'heure actuelle.
Montres analogiques à ressort
Il vous est peut-être venu à l'esprit qu'un pendule ne fonctionnerait pas dans une montre qui bouge constamment.
Au lieu de cela, les montres mécaniques utilisent ressorts moteurs et balanciers. Les horloges à ressort sont en fait antérieures aux horloges à pendule d'environ 200 ans, mais étaient considérablement moins précises.
Le ressort moteur est enroulé serré pour stocker énergie. Le balancier est un disque spécialement lesté; une fois mis en mouvement, il tourne d'avant en arrière à un rythme régulier pour agir comme un chronométrage mécanisme.
Horloges à quartz à piles
Aujourd'hui, les horloges les plus courantes sont les horloges à quartz, du nom de leur chronométrage mécanisme.
Les cristaux de quartz sont piézoélectrique: si vous faites passer un courant électrique à travers eux, ils vibrent à une vitesse spécifique. Vous remarquez une tendance? Presque n'importe quel processus avec un taux spécifique peut agir comme un mécanisme de chronométrage.
Une horloge à piles moderne typique envoie un minuscule courant électrique à travers un cristal de quartz, qui est placé dans un circuit qui agit comme un échappement: il libère de petites quantités d'électricité de la batterie à intervalles réguliers dictés par la vibration de la quartz.
Chaque "coup" régulier d'électricité alimente un moteur pour déplacer des aiguilles analogiques ou contrôle la sortie vers un écran numérique.
Une note finale sur les horloges atomiques
Vous avez peut-être vu ou entendu parler d'une horloge atomique.
Ils sont presque entièrement numériques, nous n'entrerons donc pas dans les détails, mais les principes de base de leur fonctionnement sont les mêmes que les horloges ci-dessus. La grande différence est leur chronométrage: ils sont construits autour d'un mécanisme qui mesure la vitesse précise à laquelle les atomes de césium libèrent de l'énergie après avoir été « excités » par les ondes radio.
Le Système international d'unités a normalisé sa définition d'une seconde sur les propriétés du césium en 1967, et il est resté la norme depuis.