Ako fungujú analógové hodiny?

Hodiny možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií podľa toho, ako zobrazujú informácie.

Analógové, aka mechanický, hodiny používajú na označenie aktuálneho času pohybujúce sa ruky. Digitálne hodiny na druhej strane zobrazujú čas ako množinu čísel, zvyčajne prostredníctvom LCD alebo inej elektronickej obrazovky.

(Je technicky možné mať elektronické hodiny s analógovým displejom, ale je to veľmi zriedkavé - budeme sa s nimi zaobchádzať analógový a mechanický ako synonymá.)

Každé hodiny potrebujú tri základné časti:

1. Časomiera mechanizmus: spôsob, ako presne sledovať plynutie času.
2. Energie zdroj: spôsob poskytovania energie pre pohyb ďalších rôznych zložiek.
3. Displej: ukazuje používateľovi, aký je aktuálny čas.

V najzákladnejších pojmoch sú hodiny zariadenie, ktoré používa energie do displej čas, regulovaný a časomiera mechanizmus.

Zvážte presýpacie hodiny naplnené pieskom - veľmi jednoduché analógové hodiny. Jeho energie zdrojom je gravitačný ťah, jeho displej je množstvo piesku v každej polovici a jeho množstvo

V zložitejších analógových hodinách sú tri základné časti spojené pomocou ozubených kolies, remeníc a ďalších mechanických systémov.

V moderných hodinách môžu byť mechanické súčasti nahradené drôtmi a elektrickými prúdmi. Existuje viac možných konfigurácií, ako sme kedy mohli pokryť, takže sa pozrime bližšie na jeden konkrétny typ hodín.

Kyvadlové hodiny sú pravdepodobne prvé moderné hodiny.

Kyvadlo, ako si pamätáte, je závažie zavesené z pevného bodu, ktoré sa môže hojdať tam a späť - jednoduché si môžete vyrobiť zavesením dvojice štupľov do uší.

Na prelome 17. storočia ho experimenty talianskeho vedca Galileo Galileiho s fyzikou viedli k objaveniu tejto jedinečnej vlastnosti kyvadiel: jeden bude vždy rovnaké množstvo času si vyžaduje dokončenie plného chodu.

To platí aj vtedy, keď odpor vzduchu a ďalšie faktory pomaly znižujú to, ako sa kyvadlo pohybuje každým švihom, a to až do okamihu, keď sa zastaví.

Okamžite rozpoznal potenciál kyvadiel na meranie času vo vnútri hodinového mechanizmu, ale nebolo to tak až do roku 1656 navrhol holandský vedec Christiaan Huygens, inšpirovaný Galileovou prácou, pracovné kyvadlo hodiny.

Huygens nemal zručnosti na implementáciu svojho dizajnu, preto si na jeho výrobu najal profesionálneho hodinára Salomona Costera.

Pozrime sa, ako kyvadlové hodiny fungujú podľa trojdielneho rozdelenia (časomerný mechanizmus, zdroj energie a displej), ktoré sme použili vyššie.

Zdroj energie: Rovnako ako presýpacie hodiny, aj prvé kyvadlové hodiny využívali gravitáciu na generovanie energie prostredníctvom systému váh zavesených na kladkách. Otočením kľúča by sa hodiny „namotali“, zdvíhali by sa závažia a aby sa potenciálna energia držala tak, že by sa závažia držali proti gravitácii.
Mechanizmus merania času: Kyvadlo a zložka nazývaná únik regulujte rýchlosť, akou sa uvoľňuje energia z váh. Únik obsahuje vrubové koleso, ktoré zaisťuje, že sa môže pohybovať iba v samostatných krokoch, alebo „tiká“.

Každý dokončený výkyv kyvadla uvoľní jeden úštek na úniku, čo následne umožní, aby váhy mierne poklesli.

Displej: Ručičky hodín sú spojené pomocou prevodovky so zvyškom mechanizmu.

Keď únik uvoľní jeden kliešť energie, prevodové stupne sa otočia a ruky sa pohnú správnym množstvom.

Ak predpokladáte výkyv kyvadla v trvaní jednej sekundy, ktorý bol v neskorších dizajnoch bežný, každý kliešť skončí pohybom sekundovej ručičky presne 1/60 cesty okolo ciferníka.

Najjednoduchšie povedané: energie sa ukladá pomocou zdvihnutých závaží a potom sa uvoľní s presnou rýchlosťou o časomiera kyvadlovým mechanizmom, ktorý obracia ruky displej na zobrazenie aktuálneho času.

Mohlo sa vám stať, že by kyvadlo nefungovalo v hodinkách, ktoré sa neustále pohybujú okolo.

Namiesto toho používajú mechanické hodinky hlavné pramene a vyvažovacie kolieska. Hodiny poháňané pružinou skutočne predchádzali hodinám kyvadla asi o 200 rokov, boli však podstatne menej presné.

Hlavný prameň je pevne uložený na uloženie energie. Vyvažovacie koliesko je špeciálne vážený disk; po uvedení do pohybu sa pravidelne otáča tam a späť, aby pôsobil ako a časomiera mechanizmus.

Dnes sú najbežnejšie hodiny kremenné hodiny, pomenované pre svoje časomiera mechanizmus.

Kremenné kryštály sú piezoelektrický: ak nimi pretekáte elektrický prúd, vibrujú určitou rýchlosťou. Všimli ste si trend? Takmer akýkoľvek proces so špecifickou rýchlosťou môže slúžiť ako mechanizmus časovania.

Typické moderné hodiny napájané z batérií vysiela malý elektrický prúd cez kremenný kryštál, ktorý je nastavený v obvode, ktorý koná ako únik: uvoľňuje malé množstvo elektriny z batérie v pravidelných intervaloch daných vibráciami kremeň.

Každé pravidelné „zatrhnutie“ elektriny buď napája motor, aby presunul analógové ručičky, alebo ovláda výstup na digitálnu obrazovku.

Možno ste už videli alebo počuli o atómových hodinách.

Sú takmer úplne digitálne, takže sa nebudeme podrobne zaoberať, ale základné princípy ich fungovania sú rovnaké ako vyššie uvedené hodiny. Veľkým rozdielom je ich meranie času: sú postavené na mechanizme, ktorý meria presnú rýchlosť, akou atómy cézia uvoľňujú energiu po „excitácii“ rádiovými vlnami.

Medzinárodný systém jednotiek štandardizoval svoju definíciu vlastnosti cézia na jednu sekundu v roku 1967 a od tej doby zostáva štandardom.