Jak działają zegary analogowe?

Zegary można podzielić na dwie szerokie kategorie w zależności od sposobu wyświetlania informacji.

analogowy, czyli mechaniczny, zegary używają ruchomych wskazówek do wskazywania aktualnego czasu. Cyfrowy z drugiej strony zegary wyświetlają czas jako zestaw liczb, zwykle za pomocą ekranu LCD lub innego ekranu elektronicznego.

(Technicznie możliwe jest posiadanie zegara elektronicznego z wyświetlaczem analogowym, ale to bardzo rzadkie – zajmiemy się analog i mechaniczny jako synonimy.)

Każdy zegar potrzebuje trzech podstawowych części:

1. Punktualność mechanizm: sposób na dokładne śledzenie upływu czasu.
2. Energia źródło: sposób na dostarczenie energii do ruchu innych różnych komponentów.
3. Pokaz: pokazuje użytkownikowi aktualny czas.

W najprostszych słowach zegar to urządzenie, które używa energia do pokaz czas, regulowany przez a punktualność mechanizm.

Rozważmy klepsydrę wypełnioną piaskiem – bardzo prosty zegar analogowy. Jego energia źródłem jest przyciąganie grawitacyjne, jego

W bardziej wyrafinowanych zegarach analogowych trzy podstawowe części są połączone za pomocą kół zębatych, kół pasowych i innych układów mechanicznych.

W nowoczesnych zegarach elementy mechaniczne można zastąpić drutami i prądami elektrycznymi. Istnieje więcej możliwych konfiguracji, niż moglibyśmy kiedykolwiek omówić, więc przyjrzyjmy się bliżej jednemu konkretnemu typowi zegara.

Zegary wahadłowe są prawdopodobnie pierwszymi nowoczesnymi zegarami.

Wahadło, jak pamiętasz, to obciążnik zawieszony w stałym punkcie, który może się kołysać w przód i w tył – możesz zrobić prosty, zwisając parę wkładek dousznych.

Na przełomie XVII i XVII wieku włoski naukowiec Galileo Galilei przeprowadził w fizyce eksperymenty, które doprowadziły go do odkrycia tej wyjątkowej cechy wahadeł: zawsze poświęć tyle samo czasu, aby ukończyć pełny zamach.

Dzieje się tak nawet wtedy, gdy opór powietrza i inne czynniki powoli zmniejszają ruch wahadła przy każdym zamachu, aż do momentu zatrzymania.

Natychmiast rozpoznał potencjał wahadełka do pomiaru czasu wewnątrz mechanizmu zegarowego, ale tak nie było do 1656 roku holenderski naukowiec Christiaan Huygens, zainspirowany pracą Galileusza, zaprojektował działające wahadło zegar.

Huygens nie miał umiejętności realizacji swojego projektu, więc do jego zbudowania zatrudnił zawodowego zegarmistrza Salomona Costera.

Przyjrzyjmy się, jak działają zegary wahadłowe zgodnie z trzyczęściowym podziałem (mechanizm pomiaru czasu, źródło energii i wyświetlacz), którego użyliśmy powyżej.

Źródło energii: Jak klepsydra, pierwsze zegary wahadłowe wykorzystywały grawitację do generowania energii poprzez system ciężarków zwisających z kół pasowych. Przekręcenie kluczyka „nakręciło” zegar, podnosząc ciężarki i magazynując energię potencjalną, utrzymując ciężarki wbrew grawitacji.
Mechanizm pomiaru czasu: Wahadło i element zwany an wychwyt regulują tempo uwalniania energii z ciężarków. Wychwyt zawiera ząbkowane koło, które zapewnia, że ​​może poruszać się tylko dyskretnymi krokami lub „kleszczami”.

Każde zakończone zamachnięcie wahadłem uwalnia jeden tik na wychwyt, co z kolei pozwala ciężarkom trochę opaść.

Pokaz: Wskazówki zegara są połączone za pomocą przekładni zębatej z resztą mechanizmu.

Kiedy wychwyt uwalnia jedno uderzenie energii, koła zębate obracają się, a ręce poruszają się o odpowiednią ilość.

Jeśli założysz jednosekundowe wahanie, które było powszechne w późniejszych projektach, każde tik przesuwa wskazówkę sekundową dokładnie o 1/60 drogi wokół tarczy zegara.

W najprostszych słowach: energia jest przechowywany przy użyciu podniesionych ciężarów, a następnie uwalniany w precyzyjnym tempie przez punktualność mechanizm wahadłowy, który obraca ręce pokaz aby pokazać aktualny czas.

Być może przyszło ci do głowy, że wahadło nie działałoby w zegarku, który nieustannie się porusza.

Zamiast tego używa się zegarków mechanicznych sprężyny główne i wyważać koła. Zegary sprężynowe w rzeczywistości wyprzedzają zegary wahadłowe o około 200 lat, ale były znacznie mniej dokładne.

Sprężyna jest mocno nawinięta do przechowywania energia. Koło balansowe to specjalnie obciążony dysk; raz wprawiony w ruch obraca się w tę i z powrotem w regularnym tempie, aby działać jak punktualność mechanizm.

Obecnie najczęstszymi zegarami są zegary kwarcowe, nazwane na ich cześć punktualność mechanizm.

Kryształy kwarcu są piezoelektryczny: jeśli przepłyniesz przez nie prąd elektryczny, wibrują z określoną prędkością. Zauważasz trend? Prawie każdy proces o określonej szybkości może działać jako mechanizm pomiaru czasu.

Typowy nowoczesny zegar zasilany bateryjnie wysyła maleńki prąd elektryczny przez kryształ kwarcu, który jest umieszczony w obwodzie, który działa jak wychwyt: uwalnia niewielkie ilości energii elektrycznej z akumulatora w regularnych odstępach czasu, podyktowanych wibracją kwarc.

Każde regularne „tykanie” elektryczności albo napędza silnik do poruszania analogowymi rękami, albo steruje wyjściem na cyfrowy ekran.

Być może widziałeś lub słyszałeś o zegarze atomowym.

Są prawie całkowicie cyfrowe, więc nie będziemy wchodzić w szczegóły, ale podstawowe zasady ich działania są takie same, jak powyższe zegary. Największą różnicą jest ich odmierzanie czasu: zbudowane są wokół mechanizmu, który mierzy dokładną szybkość, z jaką atomy cezu uwalniają energię po „wzbudzeniu” falami radiowymi.

Międzynarodowy Układ Jednostek Ujednolicił swoją definicję jednej sekundy na właściwości cezu w 1967 roku i od tego czasu pozostaje standardem.