Az órák két nagy kategóriába oszthatók az információ megjelenítésük alapján.
Analóg, más néven mechanikai, az órák mozgó kezekkel jelzik az aktuális időt. Digitális az órák viszont számhalmazként jelenítik meg az időt, általában LCD-n vagy más elektronikus képernyőn keresztül.
(Technikailag lehetséges, hogy analóg kijelzővel rendelkező elektronikus óránk legyen, de nagyon ritka - kezeljük analóg és mechanikai szinonimaként.)
Mi van egy analóg óra belsejében
Minden órának három alapvető részre van szüksége:
- Időmérés mechanizmus: az idő múlásának pontos nyomon követésének módja.
- Energia forrás: az energia biztosításának módja a többi különféle komponens mozgásához.
- Kijelző: megmutatja a felhasználónak a jelenlegi időt.
A legalapvetőbb fogalmak szerint az óra olyan eszköz, amely használ energia nak nek kijelző idő, szabályozza a időmérés gépezet.
Vegyünk egy homokkal töltött homokórát - egy nagyon egyszerű analóg órát. Az energia forrás a gravitáció húzóereje, annak kijelző a felében tartott homok mennyisége, és annak
időmérés mechanizmus az a viszonylag állandó sebesség, amely mellett a homok átfolyik a két fél közötti keskeny nyíláson.Kifinomultabb analóg órákban a három alapvető alkatrész fogaskerekek, tárcsák és más mechanikus rendszerek révén vannak összekötve.
A modern órákban a mechanikai alkatrészeket helyettesíthetik vezetékek és elektromos áramok. Több lehetséges konfiguráció van, mint amit valaha is lefedhetnénk, ezért nézzük meg közelebbről egy bizonyos típusú órát.
Ingaórák: Az első modern óra
Az ingaórák vitathatatlanul az első modern órák.
Az inga, emlékezni fog rá, egy olyan súly, amelyet egy rögzített pontról függesztettek fel, és hagyták előre-hátra lendülni - egyszerűt készíthet egy fülhallgató lógásával.
A 17. század fordulóján Galileo Galilei olasz tudós fizikakísérletei arra késztették, hogy felfedezze az ingák ezt az egyedülálló tulajdonságát: mindig ugyanannyi időt vesz igénybe a teljes lendület.
Ez még akkor is igaz, amikor a légellenállás és más tényezők lassan csökkentik az ingák mozgását az egyes lengésekkel, egészen addig a pillanatig, amíg le nem állnak.
Rögtön felismerte az ingák időmérési lehetőségét egy óraműszer belsejében, de nem az volt 1656-ig Christiaan Huygens holland tudós Galileo munkájának ihletésével működő ingát tervezett óra.
Huygensnek nem volt hozzáértése a tervezés megvalósításához, ezért Salomon Coster professzionális óragyártót bérelt fel annak elkészítésére.
Pillantás egy analóg óra belsejébe
Nézzük meg, hogyan működnek az ingaórák a fentiekben használt háromrészes lebontás (időmérő mechanizmus, energiaforrás és kijelző) szerint.
Energiaforrás: Mint egy homokóra, az első ingaórák a gravitáció segítségével energiát termeltek a tárcsákon függő súlyrendszeren keresztül. A kulcs elforgatása „felhúzná” az órát, megemelné a súlyokat és a súlyokat a gravitációval szemben tartva tárolná a potenciális energiát.
Időmérési mechanizmus: Az inga és az annak nevezett alkatrész menekülés szabályozza a súlyokból származó energia felszabadulásának sebességét. A menekülés tartalmaz egy bevágott kereket, amely biztosítja, hogy csak diszkrét lépésekben vagy „kullancsokban” mozoghat.
Az inga minden befejezett lengése egy kullancsot enged a menekülésre, ami viszont lehetővé teszi, hogy a súlyok egy kicsit csökkentsenek.
Kijelző: Az óra mutatói sebességváltón keresztül kapcsolódnak a mechanizmus többi részéhez.
Amikor a szökés egy kullancs energiát szabadít fel, a fogaskerekek megfordulnak, és a kezek a megfelelő mennyiséget mozgatják.
Ha feltételezzük, hogy egy másodperces inga leng, ami a későbbi kialakításokban gyakori volt, minden pipa végül a másodpercmutatót pontosan az óra körüli 1/60-ig mozgatja.
A legegyszerűbben: energia emelt súlyokkal tárolják, majd pontos ütemben engedik fel időmérés inga mechanizmus, amely megfordítja a kezét kijelző hogy megmutassa az aktuális időt.
Tavaszi meghajtású analóg órák
Lehet, hogy felmerült benned, hogy az állandóan mozgó órában egy inga nem fog működni.
Ehelyett mechanikus órákat használnak fő rugók és egyensúly kerekek. A rugós órák valójában körülbelül 200 évvel megelőzték az ingaórákat, de lényegesen kevésbé voltak pontosak.
A hálózati rugó tárolásra szorosan feltekeredett energia. A mérlegkerék egy speciálisan súlyozott lemez; mozgásba lépve szabályos sebességgel előre-hátra forog, hogy a-ként működjön időmérés gépezet.
Akkumulátoros kvarcórák
Manapság a leggyakoribb órák a kvarcórák, amelyeket nevükről neveztek el időmérés gépezet.
A kvarckristályok piezoelektromos: ha elektromos áramot vezet át rajtuk, azok meghatározott sebességgel rezegnek. Észrevesz egy trendet? Szinte minden meghatározott ütemű folyamat működhet időmérő mechanizmusként.
Egy tipikus, modern akkumulátoros óra egy kisméretű elektromos áramot küld egy kvarckristályon keresztül, amely egy áramkörbe van kapcsolva, amely hat mint egy szökés: kis mennyiségű áramot bocsát ki az akkumulátorból rendszeres időközönként, amelyet az kvarc.
Minden rendszeres villanyáram vagy meghajtja a motort az analóg kéz mozgatására, vagy a kimenetet egy digitális képernyőre irányítja.
Utolsó megjegyzés az atomórákról
Lehet, hogy látott vagy hallott egy atomórát.
Szinte teljesen digitálisak, ezért nem térünk ki a részletekbe, de a működésük alapelvei megegyeznek a fenti órákkal. A nagy különbség az időmérésük: egy olyan mechanizmus köré épülnek, amely méri a cézium atomok energiakibocsátásának pontos sebességét, miután rádióhullámok „gerjesztik” őket.
A Nemzetközi Egységrendszer 1967-ben egységesítette a cézium tulajdonságainak egy másodperces meghatározását, és azóta is szabvány.