Bagaimana Jam Analog Bekerja?

Jam dapat dibagi menjadi dua kategori besar berdasarkan bagaimana mereka menampilkan informasi.

Analog, alias mekanis, jam menggunakan jarum yang bergerak untuk menunjukkan waktu saat ini. Digital jam, di sisi lain, menampilkan waktu sebagai serangkaian angka, biasanya melalui LCD atau layar elektronik lainnya.

(Secara teknis dimungkinkan untuk memiliki jam elektronik dengan tampilan analog, tetapi sangat jarang – kami akan memperlakukan analog dan mekanis sebagai sinonim.)

Setiap jam membutuhkan tiga bagian mendasar:

1. Ketepatan waktu mekanisme: cara untuk melacak perjalanan waktu secara akurat.
2. Energi sumber: cara menyediakan energi untuk gerak berbagai komponen lainnya.
3. Tampilan: menunjukkan kepada pengguna waktu saat ini.

Dalam istilah yang paling dasar, jam adalah perangkat yang menggunakan energi untuk tampilan waktu, diatur oleh ketepatan waktu mekanisme.

Pertimbangkan jam pasir berisi pasir – jam analog yang sangat sederhana. Nya energi sumbernya adalah tarikan gravitasi, itu

Dalam jam analog yang lebih canggih, tiga bagian mendasar terhubung melalui roda gigi, katrol, dan sistem mekanis lainnya.

Dalam jam modern, komponen mekanis dapat digantikan oleh kabel dan arus listrik. Ada lebih banyak kemungkinan konfigurasi daripada yang bisa kita bahas, jadi mari kita lihat lebih dekat satu jenis jam tertentu.

Jam bandul bisa dibilang jam modern pertama.

Pendulum, Anda akan ingat, adalah beban yang digantung dari titik tetap dan dibiarkan berayun maju mundur – Anda dapat membuatnya sederhana dengan menggantungkan sepasang earbud.

Pada pergantian abad ke-17, eksperimen ilmuwan Italia Galileo Galilei dalam fisika membawanya untuk menemukan fitur unik pendulum ini: seseorang akan selalu mengambil jumlah waktu yang sama untuk menyelesaikan ayunan penuh.

Hal ini berlaku bahkan ketika hambatan udara dan faktor-faktor lain secara perlahan mengurangi seberapa jauh pendulum bergerak dengan setiap ayunan, hingga saat pendulum berhenti.

Dia segera mengenali potensi pendulum untuk ketepatan waktu di dalam mekanisme jam, tapi ternyata tidak sampai 1656 ilmuwan Belanda Christiaan Huygens, terinspirasi oleh karya Galileo, merancang pendulum yang berfungsi jam.

Huygens tidak memiliki keterampilan untuk mengimplementasikan desainnya, jadi dia menyewa pembuat jam profesional Salomon Coster untuk membangunnya.

Mari kita lihat bagaimana jam pendulum bekerja sesuai dengan tiga bagian (mekanisme ketepatan waktu, sumber energi, dan tampilan) yang kita gunakan di atas.

Sumber energi: Seperti jam pasir, jam pendulum pertama menggunakan gravitasi untuk menghasilkan energi melalui sistem beban yang tergantung pada katrol. Memutar kunci akan "memutar" jam, mengangkat beban dan menyimpan energi potensial dengan menahan beban melawan gravitasi.
Mekanisme Ketepatan Waktu: Sebuah bandul dan komponen yang disebut an pelarian mengatur tingkat di mana energi dari bobot dilepaskan. Pelariannya mencakup roda berlekuk yang memastikannya hanya dapat bergerak dalam langkah-langkah terpisah, atau "tikus".

Setiap ayunan pendulum yang selesai melepaskan satu centang pada pelepasan, yang pada gilirannya memungkinkan bobot turun sedikit.

Tampilan: Jarum jam terhubung melalui gear train ke seluruh mekanisme.

Ketika pelarian melepaskan satu centang energi, roda gigi berputar dan tangan bergerak dalam jumlah yang benar.

Jika Anda mengasumsikan ayunan pendulum satu detik, yang umum dalam desain selanjutnya, setiap centang akhirnya menggerakkan jarum detik tepat 1/60 dari jalan di sekitar wajah jam.

Dalam istilah yang paling sederhana: energi disimpan menggunakan bobot yang dinaikkan, kemudian dilepaskan pada tingkat yang tepat dengan ketepatan waktu mekanisme pendulum, yang memutar tangan tampilan untuk menunjukkan waktu saat ini.

Mungkin terpikir oleh Anda bahwa pendulum tidak akan berfungsi di jam tangan, yang terus bergerak.

Sebagai gantinya, jam tangan mekanis menggunakan mata air utama dan roda keseimbangan. Jam yang digerakkan pegas sebenarnya sudah ada sebelum jam pendulum sekitar 200 tahun, tetapi kurang akurat.

Pegas utama dililit rapat untuk disimpan energi. Roda keseimbangan adalah disk berbobot khusus; sekali bergerak itu berputar bolak-balik pada tingkat yang teratur untuk bertindak sebagai ketepatan waktu mekanisme.

Saat ini, jam yang paling umum adalah jam kuarsa, dinamai sesuai dengan namanya ketepatan waktu mekanisme.

Kristal kuarsa adalah piezoelektrik: jika Anda menjalankan arus listrik melalui mereka, mereka bergetar pada tingkat tertentu. Perhatikan tren? Hampir semua proses dengan tingkat tertentu dapat bertindak sebagai mekanisme ketepatan waktu.

Jam bertenaga baterai modern yang khas mengirimkan arus listrik sangat kecil melalui kristal kuarsa, yang diatur dalam sirkuit yang berfungsi seperti pelarian: ia melepaskan sejumlah kecil listrik dari baterai secara berkala yang ditentukan oleh getaran kuarsa.

Setiap "tik" listrik biasa menggerakkan motor untuk menggerakkan jarum analog atau mengontrol output ke layar digital.

Anda mungkin pernah melihat atau mendengar tentang jam atom.

Mereka hampir seluruhnya digital, jadi kami tidak akan membahas detailnya, tetapi prinsip dasar cara kerjanya sama dengan jam di atas. Perbedaan besar adalah ketepatan waktu mereka: mereka dibangun di sekitar mekanisme yang mengukur tingkat yang tepat di mana atom cesium melepaskan energi setelah "tereksitasi" oleh gelombang radio.

Sistem Satuan Internasional membakukan definisi satu detik pada sifat cesium pada tahun 1967, dan tetap menjadi standar sejak itu.