นาฬิกาอะนาล็อกทำงานอย่างไร

นาฬิกาสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้างๆ ตามวิธีการแสดงข้อมูล

แอนะล็อก aka เครื่องกล, นาฬิกาใช้เข็มนาฬิกาเพื่อระบุเวลาปัจจุบัน ดิจิทัล ในทางกลับกัน นาฬิกาจะแสดงเวลาเป็นชุดของตัวเลข โดยทั่วไปแล้วจะผ่านทาง LCD หรือหน้าจออิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

(ในทางเทคนิคมีความเป็นไปได้ที่จะมีนาฬิกาอิเล็กทรอนิกส์ที่มีจอแสดงผลแบบแอนะล็อก แต่หายากมาก – เราจะปฏิบัติต่อ อนาล็อก และ เครื่องกล เป็นคำพ้องความหมาย)

นาฬิกาทุกเรือนต้องการสามส่วนพื้นฐาน:

1. จับเวลา กลไก: วิธีติดตามกาลเวลาอย่างแม่นยำ
2. พลังงาน ที่มา: วิธีให้พลังงานสำหรับการเคลื่อนที่ของส่วนประกอบต่างๆ
3. แสดง: แสดงให้ผู้ใช้เห็นว่าเวลาปัจจุบันคืออะไร

ในแง่พื้นฐานที่สุด นาฬิกาเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ พลังงาน ถึง แสดง เวลา ถูกควบคุมโดย จับเวลา กลไก.

พิจารณานาฬิกาทรายที่เต็มไปด้วยทราย ซึ่งเป็นนาฬิกาอะนาล็อกที่เรียบง่าย ของมัน พลังงาน แหล่งที่มาคือแรงโน้มถ่วงของมัน gravity แสดง คือปริมาณทรายที่บรรจุในแต่ละครึ่งและ จับเวลา กลไกคืออัตราที่ค่อนข้างคงที่ซึ่งทรายไหลผ่านช่องเปิดแคบ ๆ ระหว่างสองส่วน

ในนาฬิกาอะนาล็อกที่มีความซับซ้อนมากขึ้น ชิ้นส่วนพื้นฐานสามส่วนเชื่อมต่อกันผ่านเฟือง รอก และระบบกลไกอื่นๆ

ในนาฬิกาสมัยใหม่ ส่วนประกอบทางกลอาจถูกแทนที่ด้วยสายไฟและกระแสไฟฟ้า มีการกำหนดค่าที่เป็นไปได้มากกว่าที่เราเคยพูดถึง ดังนั้นเรามาดูนาฬิกาประเภทใดประเภทหนึ่งกันดีกว่า

นาฬิกาลูกตุ้มถือเป็นนาฬิกาสมัยใหม่รุ่นแรก

คุณจะจำได้ว่าลูกตุ้มเป็นตุ้มน้ำหนักที่ห้อยลงมาจากจุดคงที่และอนุญาตให้แกว่งไปมาได้ คุณสามารถสร้างลูกตุ้มง่ายๆ ได้โดยการห้อยหูฟังเอียร์บัดคู่หนึ่ง

ในช่วงเปลี่ยนผ่านของศตวรรษที่ 17 การทดลองทางฟิสิกส์ของนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี กาลิเลโอ กาลิเลอี ทำให้เขาค้นพบคุณลักษณะเฉพาะของลูกตุ้มนี้: เสมอ ใช้เวลาเท่ากันเพื่อให้เต็มวงสวิง

สิ่งนี้เป็นจริงแม้ว่าแรงต้านของอากาศและปัจจัยอื่นๆ จะค่อยๆ ลดระยะที่ลูกตุ้มเคลื่อนที่ไปกับการสวิงแต่ละครั้ง จนกระทั่งหยุด

เขารู้ทันทีถึงศักยภาพของลูกตุ้มในการบอกเวลาภายในกลไกนาฬิกา แต่มันไม่ใช่ จนถึงปี ค.ศ. 1656 คริสเตียอัน ฮอยเกนส์ นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานของกาลิเลโอ ได้ออกแบบลูกตุ้มทำงาน นาฬิกา.

Huygens ไม่มีทักษะในการใช้การออกแบบของเขา ดังนั้นเขาจึงจ้างช่างนาฬิกามืออาชีพ Salomon Coster เพื่อสร้างมันขึ้นมา

มาดูกันว่านาฬิกาลูกตุ้มทำงานอย่างไรตามการแยกย่อยสามส่วน (กลไกการจับเวลา แหล่งพลังงาน และการแสดงผล) ที่เราใช้ข้างต้น

แหล่งพลังงาน: เช่นเดียวกับนาฬิกาทราย นาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรกใช้แรงโน้มถ่วงเพื่อสร้างพลังงานผ่านระบบตุ้มน้ำหนักที่ห้อยลงมาจากรอก การหมุนกุญแจจะ "ไข" นาฬิกา ยกน้ำหนักและเก็บพลังงานศักย์โดยการยกน้ำหนักขึ้นต้านแรงโน้มถ่วง
กลไกการจับเวลา: ลูกตุ้มและส่วนประกอบที่เรียกว่า an การหลบหนี กำหนดอัตราการปล่อยพลังงานจากตุ้มน้ำหนัก บันไดหนีไฟมีล้อที่มีรอยบากซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะสามารถเคลื่อนที่ได้เฉพาะในขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่องหรือ "เห็บ"

การแกว่งลูกตุ้มที่เสร็จสมบูรณ์แต่ละครั้งจะปล่อยหนึ่งขีดบนเอสเคปเมนท์ ซึ่งจะทำให้ตุ้มน้ำหนักลดลงเล็กน้อย

แสดง: เข็มนาฬิกาเชื่อมต่อผ่านชุดเกียร์ไปยังกลไกที่เหลือ

เมื่อบันไดหนีไฟปล่อยพลังงานหนึ่งขีด เกียร์จะหมุนและเข็มจะขยับตามปริมาณที่ถูกต้อง

หากคุณถือว่าการแกว่งลูกตุ้มหนึ่งวินาทีซึ่งเป็นเรื่องปกติในการออกแบบในภายหลัง ทุกขีดจะจบลงด้วยการเคลื่อนเข็มวินาทีไปในทิศทางที่ 1/60 ของหน้าปัดนาฬิกา

ในแง่ที่ง่ายที่สุด: พลังงาน ถูกจัดเก็บโดยใช้น้ำหนักที่ยกขึ้น แล้วปล่อยในอัตราที่แม่นยำโดย จับเวลา กลไกลูกตุ้มซึ่งหมุนมือของ แสดง เพื่อแสดงเวลาปัจจุบัน

คุณอาจเคยคิดว่าลูกตุ้มไม่ทำงานในนาฬิกาซึ่งเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา

แต่นาฬิกาจักรกลกลับใช้ กำลังสำคัญ และ ล้อทรงตัว. นาฬิกาที่ขับเคลื่อนด้วยสปริงเกิดขึ้นก่อนนาฬิกาลูกตุ้มประมาณ 200 ปี แต่มีความแม่นยำน้อยกว่ามาก

ลานสปริงแน่นเพื่อเก็บ พลังงาน. วงล้อบาลานซ์เป็นดิสก์ที่ถ่วงน้ำหนักเป็นพิเศษ เมื่อเคลื่อนที่แล้วจะหมุนไปมาในอัตราปกติเพื่อทำหน้าที่เป็น จับเวลา กลไก.

ทุกวันนี้ นาฬิกาที่พบมากที่สุดคือนาฬิกาควอทซ์ ซึ่งตั้งชื่อตาม จับเวลา กลไก.

คริสตัลควอตซ์คือ เพียโซอิเล็กทริก: หากคุณใช้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าจะสั่นในอัตราที่กำหนด สังเกตเห็นแนวโน้ม? เกือบทุกกระบวนการที่มีอัตราเฉพาะสามารถทำหน้าที่เป็นกลไกการจับเวลาได้

นาฬิกาที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แบบทั่วไปจะส่งกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กผ่านคริสตัลควอตซ์ซึ่งอยู่ในวงจรที่ทำหน้าที่ เหมือนหนีออกจากแบตเตอรี่: ปล่อยกระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยออกจากแบตเตอรี่ในช่วงเวลาปกติซึ่งกำหนดโดยการสั่นสะเทือนของ ควอตซ์

“เห็บ” ของกระแสไฟฟ้าแต่ละอันจะจ่ายไฟให้มอเตอร์เพื่อขยับเข็มนาฬิกาแบบอะนาล็อกหรือควบคุมเอาต์พุตไปยังหน้าจอดิจิตอล

คุณอาจเคยเห็นหรือได้ยินเกี่ยวกับนาฬิกาอะตอม

เกือบทั้งหมดเป็นดิจิทัล ดังนั้นเราจะไม่ลงรายละเอียด แต่หลักการพื้นฐานของวิธีการทำงานนั้นเหมือนกับนาฬิกาด้านบน ความแตกต่างที่สำคัญคือการบอกเวลา: สร้างขึ้นจากกลไกที่วัดอัตราที่แม่นยำซึ่งอะตอมของซีเซียมปล่อยพลังงานหลังจากถูก "กระตุ้น" ด้วยคลื่นวิทยุ

International System of Units ได้กำหนดมาตรฐานของนิยามหนึ่งวินาทีเกี่ยวกับคุณสมบัติของซีเซียมในปี 1967 และยังคงเป็นมาตรฐานตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา