Как работают аналоговые часы?

Часы можно разделить на две большие категории в зависимости от того, как они отображают информацию.

Аналог, он же механический, часы используют движущиеся стрелки, чтобы указать текущее время. Цифровой часы, с другой стороны, отображают время в виде набора чисел, обычно на ЖК-дисплее или другом электронном экране.

(Электронные часы с аналоговым дисплеем технически возможно, но очень редко - мы рассмотрим аналог а также механический как синонимы.)

Каждым часам нужны три основные части:

1. Хронометраж механизм: способ точно отслеживать течение времени.
2. Энергия источник: способ обеспечить энергией движение других компонентов.
3. Отображать: показывает пользователю текущее время.

Проще говоря, часы - это устройство, которое использует энергия к отображать время, регулируемое хронометраж механизм.

Рассмотрим песочные часы с песком - очень простые аналоговые часы. Его энергия источник - притяжение силы тяжести, ее отображать количество песка, содержащегося в каждой половине, и его

В более сложных аналоговых часах три основные части связаны через шестерни, шкивы и другие механические системы.

В современных часах механические компоненты могут быть заменены проводами и электрическими токами. Существует больше возможных конфигураций, чем мы когда-либо могли бы охватить, поэтому давайте подробнее рассмотрим один конкретный тип часов.

Часы с маятником, возможно, являются первыми современными часами.

Как вы помните, маятник - это груз, подвешенный к фиксированной точке и позволяющий качаться вперед и назад - вы можете сделать простой маятник, повесив пару наушников.

На рубеже XVII веков итальянский ученый Галилео Галилей в экспериментах по физике открыл уникальную особенность маятников: каждый будет всегда потребуется столько же времени, чтобы завершить полный ход.

Это верно, даже если сопротивление воздуха и другие факторы медленно уменьшают расстояние, на которое маятник перемещается при каждом качании, вплоть до момента его остановки.

Он сразу осознал потенциал маятников для хронометража внутри часового механизма, но это было не так. до 1656 года голландский ученый Христиан Гюйгенс, вдохновленный работами Галилея, сконструировал рабочий маятник. Часы.

У Гюйгенса не было навыков, чтобы реализовать свой дизайн, поэтому он нанял профессионального часовщика Саломона Костера, чтобы построить его.

Давайте посмотрим, как работают маятниковые часы, в соответствии с трехчастной структурой (механизм хронометража, источник энергии и дисплей), которую мы использовали выше.

Энергетический ресурс: Как и песочные часы, первые маятниковые часы использовали гравитацию для выработки энергии через систему грузов, подвешенных на шкивах. Поворот ключа «заводит» часы, поднимает грузы и сохраняет потенциальную энергию, удерживая грузы против силы тяжести.
Механизм хронометража: Маятник и компонент, называемый спусковой механизм регулировать скорость высвобождения энергии от гирь. Спуск включает зубчатое колесо, которое гарантирует, что он может двигаться только дискретными шагами или «тактиками».

Каждое завершенное движение маятника освобождает спусковой механизм на одно нажатие, что, в свою очередь, позволяет грузам немного опускаться.

Отображать: Стрелки часов соединены зубчатой ​​передачей с остальной частью механизма.

Когда спусковой механизм высвобождает один тик энергии, шестерни поворачиваются, и стрелки перемещаются на нужную величину.

Если предположить, что маятник колеблется в одну секунду, что было обычным явлением в более поздних моделях, каждый тик в конечном итоге приводит к перемещению секундной стрелки ровно на 1/60 хода вокруг циферблата.

Проще говоря: энергия хранится с поднятыми грузами, а затем высвобождается с точной скоростью хронометраж маятниковый механизм, поворачивающий стрелки отображать чтобы показать текущее время.

Возможно, вам пришло в голову, что маятник не будет работать в часах, которые постоянно вращаются.

Вместо этого в механических часах используется пружины а также балансирные колеса. Часы с пружинным приводом фактически предшествовали маятниковым часам примерно на 200 лет, но были значительно менее точными.

Боевая пружина намотана для хранения энергия. Балансовое колесо представляет собой специально взвешенный диск; однажды приведенный в движение, он вращается взад и вперед с регулярной скоростью, чтобы действовать как хронометраж механизм.

Сегодня наиболее распространенными часами являются кварцевые часы, названные в честь их хронометраж механизм.

Кристаллы кварца пьезоэлектрический: если вы пропустите через них электрический ток, они будут вибрировать с определенной частотой. Заметили тенденцию? Практически любой процесс с определенной скоростью может выступать в качестве механизма хронометража.

Типичные современные часы с батарейным питанием пропускают незначительный электрический ток через кристалл кварца, который установлен в цепи, которая действует как спусковой механизм: он выпускает небольшое количество электричества из батареи через равные промежутки времени, продиктованные вибрацией кварц.

Каждое регулярное «тиканье» электричества либо приводит в действие двигатель для перемещения аналоговых стрелок, либо управляет выводом на цифровой экран.

Возможно, вы видели или слышали об атомных часах.

Они почти полностью цифровые, поэтому мы не будем вдаваться в подробности, но основные принципы их работы такие же, как и у часов, указанных выше. Большое различие заключается в их хронометрировании: они построены на механизме, который измеряет точную скорость, с которой атомы цезия выделяют энергию после «возбуждения» радиоволнами.

Международная система единиц стандартизировала свое определение одной секунды свойств цезия в 1967 году и с тех пор остается стандартом.