Gli orologi possono essere suddivisi in due grandi categorie in base a come visualizzano le informazioni.
Analogico, alias meccanico, gli orologi utilizzano le lancette in movimento per indicare l'ora corrente. Digitale gli orologi, d'altra parte, visualizzano il tempo come un insieme di numeri, in genere tramite un LCD o un altro schermo elettronico.
(Tecnicamente è possibile avere un orologio elettronico con display analogico, ma è molto raro – tratteremo analogico e meccanico come sinonimi.)
Cosa c'è dentro un orologio analogico
Ogni orologio ha bisogno di tre parti fondamentali:
- Cronometraggio meccanismo: un modo per tenere traccia con precisione del passare del tempo.
- Energia sorgente: un modo per fornire energia per il movimento degli altri vari componenti.
- Schermo: mostra all'utente qual è l'ora corrente.
In parole povere, un orologio è un dispositivo che utilizza energia per Schermo tempo, regolato da a cronometraggio meccanismo.
Considera una clessidra piena di sabbia: un orologio analogico molto semplice. Suo
energia la fonte è l'attrazione della gravità, la sua Schermo è la quantità di sabbia contenuta in ciascuna metà, e la sua cronometraggio meccanismo è la velocità relativamente costante con cui la sabbia scorre attraverso la stretta apertura tra le due metà.Negli orologi analogici più sofisticati, le tre parti fondamentali sono collegate tramite ingranaggi, pulegge e altri sistemi meccanici.
Negli orologi moderni, i componenti meccanici possono essere sostituiti da fili e correnti elettriche. Ci sono più configurazioni possibili di quante potremmo mai coprire, quindi diamo un'occhiata più da vicino a un particolare tipo di orologio.
Orologi a pendolo: il primo orologio moderno
Gli orologi a pendolo sono probabilmente i primi orologi moderni.
Un pendolo, ricorderete, è un peso appeso a un punto fisso e lasciato oscillare avanti e indietro: puoi crearne uno semplice facendo penzolare un paio di auricolari.
All'inizio del XVII secolo, gli esperimenti di fisica dello scienziato italiano Galileo Galilei lo portarono a scoprire questa caratteristica unica dei pendoli: si sempre impiegare lo stesso tempo per completare uno swing completo.
Questo è vero anche se la resistenza dell'aria e altri fattori riducono lentamente la distanza di spostamento di un pendolo ad ogni oscillazione, fino al momento in cui si ferma.
Riconobbe immediatamente il potenziale dei pendoli per il cronometraggio all'interno di un meccanismo di orologio, ma non lo era fino al 1656 che lo scienziato olandese Christiaan Huygens, ispirato dall'opera di Galileo, progettò un pendolo funzionante orologio.
Huygens non aveva le capacità per implementare il suo design, quindi assunse l'orologiaio professionista Salomon Coster per costruirlo.
Uno sguardo all'interno di un orologio analogico
Diamo un'occhiata a come funzionano gli orologi a pendolo in base alla suddivisione in tre parti (meccanismo di cronometraggio, fonte di energia e display) che abbiamo usato sopra.
Fonte di energia: Come una clessidra, i primi orologi a pendolo utilizzavano la gravità per generare energia attraverso un sistema di pesi appesi a pulegge. Girare una chiave potrebbe "caricare" l'orologio, sollevare i pesi e immagazzinare energia potenziale tenendo i pesi contro la gravità.
Meccanismo di cronometraggio: Un pendolo e un componente chiamato an scappamento regolare la velocità con cui l'energia viene rilasciata dai pesi. Lo scappamento include una ruota dentellata che assicura che possa muoversi solo a passi discreti, o "tic".
Ogni oscillazione completata del pendolo rilascia un segno di spunta sullo scappamento, che a sua volta consente ai pesi di scendere leggermente.
Schermo: Le lancette dell'orologio sono collegate tramite un treno di ingranaggi al resto del meccanismo.
Quando lo scappamento rilascia un tick di energia, gli ingranaggi girano e le lancette si muovono della giusta quantità.
Se si assume un'oscillazione del pendolo di un secondo, che era comune nei progetti successivi, ogni tick finisce per spostare la lancetta dei secondi esattamente 1/60 del percorso intorno al quadrante dell'orologio.
Nei termini più semplici: energia viene immagazzinato utilizzando pesi sollevati, quindi rilasciato a una velocità precisa da cronometraggio meccanismo a pendolo, che fa girare le lancette del Schermo per visualizzare l'ora corrente.
Orologi analogici a molla
Potrebbe esserti venuto in mente che un pendolo non funzionerebbe in un orologio, che è costantemente in movimento.
Invece, gli orologi meccanici usano molle principali e bilancieri. Gli orologi a molla in realtà precedono gli orologi a pendolo di circa 200 anni, ma erano notevolmente meno precisi.
La molla è avvolta strettamente per riporla energia. Il bilanciere è un disco appositamente ponderato; una volta messo in moto ruota avanti e indietro a una velocità regolare per fungere da a cronometraggio meccanismo.
Orologi al quarzo a batteria
Oggi, gli orologi più comuni sono gli orologi al quarzo, che prendono il nome dal loro cronometraggio meccanismo.
I cristalli di quarzo sono piezoelettrico: se vengono attraversati da una corrente elettrica, vibrano a una velocità specifica. Notare una tendenza? Quasi tutti i processi con una velocità specifica possono fungere da meccanismo di cronometraggio.
Un tipico orologio moderno alimentato a batteria invia una minuscola corrente elettrica attraverso un cristallo di quarzo, che è inserito in un circuito che agisce come uno scappamento: rilascia piccole quantità di elettricità dalla batteria ad intervalli regolari dettati dalla vibrazione del quarzo.
Ogni normale "tic" di elettricità alimenta un motore per muovere le lancette analogiche o controlla l'uscita su uno schermo digitale.
Una nota finale sugli orologi atomici
Potresti aver visto o sentito parlare di un orologio atomico.
Sono quasi interamente digitali, quindi non entreremo nei dettagli, ma i principi di base di come funzionano sono gli stessi degli orologi sopra. La grande differenza è il loro cronometraggio: sono costruiti attorno a un meccanismo che misura la velocità precisa con cui gli atomi di cesio rilasciano energia dopo essere stati "eccitati" dalle onde radio.
Il Sistema internazionale di unità di misura ha standardizzato la sua definizione di un secondo sulle proprietà del cesio nel 1967 e da allora è rimasto lo standard.
