Як працюють аналогові годинники?

Годинники можна розділити на дві широкі категорії залежно від того, як вони відображають інформацію.

Аналог, він же механічні, годинники використовують рухомі стрілки для позначення поточного часу. Цифрова з іншого боку, годинники відображають час як набір цифр, як правило, через РК-дисплей або інший електронний екран.

(Технічно можливо мати електронний годинник з аналоговим дисплеєм, але це дуже рідко - ми будемо лікувати аналоговий і механічні як синоніми.)

Кожен годинник потребує трьох основних частин:

1. Хронометраж механізм: спосіб точного відстеження плину часу.
2. Енергія джерело: спосіб забезпечення енергією для руху інших різних компонентів.
3. Дисплей: показує користувачеві поточний час.

Найпростішим чином, годинник - це пристрій, який використовує енергія до дисплей час, регульований a хронометраж механізм.

Розглянемо пісочний годинник, наповнений піском - дуже простий аналоговий годинник. Його енергія джерелом є тяга сили тяжіння, її дисплей - кількість піску, що міститься в кожній половині, і його

У більш складних аналогових годинниках три основні деталі з'єднані за допомогою шестерень, шківів та інших механічних систем.

У сучасних годинниках механічні компоненти можуть бути замінені проводами та електричними струмами. Існує більше можливих конфігурацій, ніж ми могли коли-небудь охопити, тому давайте детальніше розглянемо один конкретний тип годинника.

Маятникові годинники - це, мабуть, перші сучасні годинники.

Пам’ятайте, маятник - це тягар, підвішений до фіксованої точки і дозволений гойдатися вперед-назад - ви можете зробити простий, повісивши пару навушників.

На рубежі 17 століття експерименти з фізики італійського вченого Галілео Галілея змусили його відкрити цю унікальну особливість маятників: завжди витратьте стільки ж часу на повний розмах.

Це вірно навіть тоді, коли опір повітря та інші фактори повільно зменшують відстань руху маятника з кожним помахом, аж до моменту зупинки.

Він відразу визнав потенціал маятників для хронометражу в годинниковому механізмі, але це не так до 1656 року голландський учений Крістіан Гюйгенс, натхненний роботами Галілея, розробив робочий маятник годинник.

Гюйгенс не мав навичок реалізувати свій дизайн, тому він найняв для його виготовлення професійного годинникаря Саломона Костера.

Давайте подивимось, як працюють маятникові годинники відповідно до трьох частин (механізм хронометражу, джерело енергії та дисплей), які ми використовували вище.

Джерело енергії: Як пісочний годинник, перші маятникові годинники використовували гравітацію для генерування енергії через систему ваг, що звисають на шківах. Повертання ключа може «накрутити» годинник, підняти тягар і накопичити потенційну енергію, утримуючи гирі проти сили тяжіння.
Механізм хронометражу: Маятник і компонент, що називається втеча регулювати швидкість вивільнення енергії з ваг. Евакуація включає зубчасте колесо, яке гарантує, що воно може рухатися лише окремими кроками, або "кліщами".

Кожне завершення маятника випускає по одному галочці на ескалаторі, що, у свою чергу, дозволяє вагам скинути крихітний шматочок.

Дисплей: Стрілки годинника підключені через редукторну передачу до решти механізму.

Коли евакуація вивільняє один тик енергії, шестерні обертаються, і руки рухають потрібну кількість.

Якщо ви припустите односекундний маятниковий розмах, що було поширеним у пізніших конструкціях, кожен галочка в кінцевому підсумку рухає секундомір точно на 1/60 шляху навколо годинникової стрілки.

Найпростішими словами: енергія зберігається з використанням піднятих ваг, а потім відпускається з точною швидкістю на хронометраж маятниковий механізм, який повертає стрілки дисплей щоб показати поточний час.

Можливо, вам спало на думку, що маятник не буде працювати в годиннику, який постійно рухається.

Натомість використовують механічні годинники головне друкування і балансні колеса. Весняні годинники насправді передували маятниковим годинникам приблизно на 200 років, але були значно менш точними.

Основна пружина намотана для зберігання енергія. Колесо балансу - це спеціально зважений диск; після запуску він обертається вперед-назад із регулярною швидкістю, щоб діяти як хронометраж механізм.

Сьогодні найпоширенішими годинниками є кварцові годинники, названі на честь своїх хронометраж механізм.

Кристали кварцу є п'єзоелектрична: якщо ви пропускаєте через них електричний струм, вони вібрують з певною швидкістю. Помітили тенденцію? Майже будь-який процес з певною швидкістю може виступати механізмом хронометражу.

Типовий сучасний годинник, що працює від акумуляторів, посилає мінімальний електричний струм через кварцовий кристал, який встановлений в ланцюзі, що діє як евакуація: він випускає невелику кількість електроенергії з батареї через рівні проміжки часу, продиктовані вібрацією кварц.

Кожен регулярний «тик» електроенергії або призводить двигун до переміщення аналогових стрілок, або контролює вихід на цифровий екран.

Можливо, ви бачили або чули про атомний годинник.

Вони майже повністю цифрові, тому ми не будемо вдаватися в подробиці, але основні принципи їх роботи такі самі, як і годинники вище. Велика різниця полягає в їх хронометражі: вони побудовані навколо механізму, який вимірює точну швидкість, з якою атоми цезію виділяють енергію після того, як їх «збуджують» радіохвилі.

Міжнародна система одиниць стандартизувала своє визначення секунди щодо властивостей цезію в 1967 році, і з тих пір воно залишається стандартним.