Kā darbojas analogie pulksteņi?

Pulksteņus var sadalīt divās lielās kategorijās, pamatojoties uz to, kā tie parāda informāciju.

Analogs, aka mehānisks, pulksteņi izmanto kustīgas rokas, lai norādītu pašreizējo laiku. Digitāls turpretī pulksteņi parāda laiku kā skaitļu kopu, parasti izmantojot LCD vai citu elektronisku ekrānu.

(Tehniski ir iespējams elektroniskais pulkstenis ar analogo displeju, taču tas ir ļoti reti - mēs izturēsimies analogais un mehānisks kā sinonīmi.)

Katram pulkstenim ir nepieciešamas trīs pamatdaļas:

1. Laika uzskaite mehānisms: veids, kā precīzi sekot laika gaitai.
2. Enerģija avots: veids, kā nodrošināt enerģiju citu dažādu komponentu kustībai.
3. Displejs: parāda lietotājam pašreizējo laiku.

Visvienkāršāk sakot, pulkstenis ir ierīce, kas izmanto enerģija uz displejs laiku, ko regulē a laika mērīšana mehānisms.

Apsveriet smilšu smilšu pulksteni - ļoti vienkāršu analogo pulksteni. Tā enerģija avots ir gravitācijas spēks, tā displejs ir smilšu daudzums, kas atrodas katrā pusē, un tā

Sarežģītākos analogajos pulksteņos trīs pamatdaļas ir savienotas, izmantojot zobratus, skriemeļus un citas mehāniskās sistēmas.

Mūsdienu pulksteņos mehāniskās sastāvdaļas var aizstāt ar vadiem un elektrisko strāvu. Iespējamo konfigurāciju ir vairāk, nekā mēs jebkad varētu aptvert, tāpēc aplūkosim tuvāk vienu konkrētu pulksteņa veidu.

Svārsta pulksteņi, iespējams, ir pirmie mūsdienu pulksteņi.

Jūs atceraties, ka svārsts ir svars, kas piekārts no fiksēta punkta un kam ļauts šūpoties uz priekšu un atpakaļ - jūs varat izveidot vienkāršu, uzvelkot pāris austiņu pogas.

17. gadsimta mijā itāļu zinātnieka Galileo Galileja eksperimenti fizikā lika viņam atklāt šo unikālo svārstu iezīmi: vienmēr aizņemiet tikpat daudz laika, lai pabeigtu pilnu sparu.

Tas notiek pat tad, ja gaisa pretestība un citi faktori lēnām samazina svārsta kustību ar katru šūpoles līdz pat brīdim, kad tā apstājas.

Viņš nekavējoties atzina svārstu potenciālu laika kontrolei pulksteņa mehānismā, bet tas tā nebija līdz 1656.gadam holandiešu zinātnieks Kristiāns Huigenss, iedvesmojoties no Galileo darba, izstrādāja darba svārstu pulksteni.

Huigensam nebija prasmes īstenot savu dizainu, tāpēc viņš uzcēla profesionālu pulksteņmeistaru Salomonu Kosteru, lai to uzbūvētu.

Apskatīsim, kā darbojas svārsta pulksteņi saskaņā ar trīs daļu sadalījumu (laika mērīšanas mehānisms, enerģijas avots un displejs), ko mēs izmantojām iepriekš.

Enerģijas avots: Tāpat kā smilšu pulkstenis, pirmie svārsta pulksteņi izmantoja gravitāciju, lai radītu enerģiju, izmantojot svaru sistēmā, kas karājas pie skriemeļiem. Pagriežot atslēgu, “vējš” pulkstenis, svaru celšana un potenciālās enerģijas uzkrāšana, turot svaru pret gravitāciju.
Laika mērīšanas mehānisms: Svārsts un komponents, ko sauc par bēgšana regulēt ātrumu, kādā tiek atbrīvota enerģija no atsvariem. Bēgšana ietver riņķveida robu, kas nodrošina, ka tas var pārvietoties tikai ar atsevišķiem soļiem vai “ērcēm”.

Katrs pabeigtais svārsta šūpoles atbrīvo vienu ērci uz izbēgšanas vietas, kas savukārt ļauj svariem nedaudz samazināties.

Displejs: Pulksteņa rādītāji ir savienoti ar pārnesumkārbu ar pārējo mehānismu.

Kad aizbēgšana atbrīvo vienu enerģijas ķeksīti, pārnesumi pagriežas un rokas kustina pareizo daudzumu.

Ja jūs pieņemat, ka svārsta svārstības ir vienas sekundes, kas bija izplatītas vēlākos modeļos, katra atzīme beidzot pārvieto sekundes rādītāju tieši 1/60 no ceļa visu diennakti.

Visvienkāršāk: enerģija tiek uzglabāts, izmantojot paaugstinātus svarus, pēc tam ar precīzu ātrumu atbrīvots laika mērīšana svārsta mehānisms, kas pagriež rokas displejs lai parādītu pašreizējo laiku.

Iespējams, jums ienāca prātā, ka svārsts nedarbosies pulkstenī, kas nepārtraukti kustas apkārt.

Tā vietā tiek izmantoti mehāniskie pulksteņi galvenās atsperes un līdzsvara riteņi. Pavasara darbināmie pulksteņi faktiski pirms svārsta pulksteņiem bija pirms aptuveni 200 gadiem, taču bija daudz mazāk precīzi.

Galvenais atsperis ir saspringts, lai to uzglabātu enerģija. Līdzsvara rats ir īpaši svērts disks; kad tas ir iedarbināts, tas griežas uz priekšu un atpakaļ ar regulāru ātrumu, lai darbotos kā a laika mērīšana mehānisms.

Mūsdienās visbiežāk sastopamie pulksteņi ir kvarca pulksteņi, kas nosaukti to dēļ laika mērīšana mehānisms.

Kvarca kristāli ir pjezoelektriskais: ja jūs caur tiem vadāt elektrisko strāvu, tie vibrē ar noteiktu ātrumu. Ievērojat tendenci? Gandrīz jebkurš process ar noteiktu ātrumu var darboties kā laika mērīšanas mehānisms.

Tipisks mūsdienu ar baterijām darbināms pulkstenis caur kvarca kristālu nosūta nelielu elektrisko strāvu, kas ir iestatīta ķēdē, kas darbojas kā izbēgšana: tas izlaiž nelielu daudzumu elektrības no akumulatora ar regulāriem intervāliem, ko nosaka akumulatora vibrācija. kvarca.

Katra regulārā elektrības “ērce” vai nu darbina motoru, lai pārvietotu analogās rokas, vai arī kontrolē izvadi uz digitālo ekrānu.

Iespējams, esat redzējis vai dzirdējis par atomu pulksteni.

Tie ir gandrīz pilnībā digitāli, tāpēc mēs neiedziļināsimies detaļās, taču to darbības pamatprincipi ir tādi paši kā iepriekš minētie pulksteņi. Lielā atšķirība ir viņu laika mērīšana: tie ir veidoti ap mehānismu, kas mēra precīzu ātrumu, kādā cēzija atomi atbrīvo enerģiju pēc tam, kad tos ir “uzbudinājuši” radioviļņi.

Starptautiskā vienību sistēma 1967. gadā standartizēja vienas sekundes definīciju attiecībā uz cēzija īpašībām, un kopš tā laika tā ir palikusi standarts.