Innhold
- Hva er inne i en analog klokke
- Pendelklokker: Den første moderne klokken
- Et blikk inne i en analog klokke
- Vårdrevne analoge klokker
- Batteridrevne kvartsur
- En siste merknad om atomklokker
Klokker kan deles inn i to brede kategorier basert på hvordan de viser informasjon.
Analog, alias mekanisk, klokker bruker bevegelige hender for å indikere gjeldende tid. digitalt klokker, derimot, viser tid som et sett med tall, vanligvis via en LCD eller annen elektronisk skjerm.
(Det er teknisk mulig å ha en elektronisk klokke med en analog skjerm, men det er veldig sjelden - vi behandler det analog og mekanisk som synonymer.)
Hva er inne i en analog klokke
Hver klokke trenger tre grunnleggende deler:
I de mest grunnleggende vilkårene er en klokke en enhet som bruker energi til vise tid, regulert av a tidtaking mekanisme.
Tenk på et sandfylt timeglass - en veldig enkel analog klokke. Det er energi kilden er tyngdekraften, dens vise er mengden sand som holdes i hver halvdel, og dens tidtaking mekanisme er den relativt konstante hastigheten som sand renner gjennom den smale åpningen mellom de to halvdelene.
I mer sofistikerte analoge klokker er de tre grunnleggende delene koblet via gir, remskiver og andre mekaniske systemer.
I moderne klokker kan de mekaniske komponentene erstattes av ledninger og elektriske strømmer. Det er flere mulige konfigurasjoner enn vi noen gang kunne dekke, så la oss se nærmere på en bestemt type klokke.
Pendelklokker: Den første moderne klokken
Pendelur er uten tvil de første moderne klokkene.
En pendel, husker du, er en vekt hengt fra et fast punkt og får lov til å svinge frem og tilbake - du kan lage en enkel ved å dingle et par ørepropper.
På begynnelsen av 1600-tallet førte den italienske forskeren Galileo Galileis eksperimenter i fysikk ham til å oppdage dette unike trekk ved pendler: en vil bestandig ta samme tid å fullføre.
Dette gjelder selv når luftmotstand og andre faktorer sakte reduserer hvor langt en pendel beveger seg med hver sving, helt til det øyeblikket den stopper.
Han gjenkjente umiddelbart potensialet til pendler for tidtaking i en klokkemekanisme, men det var først i 1656 at den nederlandske forskeren Christiaan Huygens, inspirert av Galileos arbeid, designet en fungerende pendelur.
Huygens hadde ikke dyktighet til å implementere designen sin, så han ansatt den profesjonelle klokkemakeren Salomon Coster for å bygge den.
Et blikk inne i en analog klokke
La oss se på hvordan pendelurene fungerer i henhold til den tredelte sammenbruddet (tidtaksmekanisme, energikilde og skjerm) vi brukte ovenfor.
Energikilde: Som et timeglass, brukte de første pendelurene tyngdekraften til å generere energi gjennom et system med vekter som henger fra remskiver. Hvis du dreier en nøkkel, vil "vinde" klokken, løfte vektene og lagre potensiell energi ved å holde vektene opp mot tyngdekraften.
Tidtidsmekanisme: En pendel og en komponent kalt en escape regulere hastigheten som energien fra vektene frigjøres. Rømningen inkluderer et hakket hjul som sikrer at det bare kan bevege seg i diskrete trinn, eller "flått."
Hver fullførte sving av pendelen frigjør en hake på rømming, som igjen lar vektene slippe en liten bit.
Vise: Klokkens hender er koblet via girtog til resten av mekanismen.
Når rømming frigjør en hake med energi, snur girene og hendene beveger riktig mengde.
Hvis du antar en pendelsvingning på ett sekund, som var vanlig i senere design, ender hvert flått opp med å bevege sekundhånden nøyaktig 1/60 av veien rundt klokkeflaten.
På enkleste vilkår: energi lagres ved å bruke forhøyede vekter, deretter frigitt med en presis hastighet av tidtaking pendelmekanisme, som vender hendene på vise for å vise gjeldende tid.
Vårdrevne analoge klokker
Det kan ha gått opp for deg at en pendel ikke ville fungere i en klokke, som hele tiden beveger seg rundt.
I stedet bruker mekaniske klokker hovedfjærer og balanseringshjul. Vårdrevne klokker predaterte faktisk pendelur med omtrent 200 år, men var betydelig mindre nøyaktige.
Hovedavkommet er såret fast for å oppbevare energi. Balansehjulet er en spesielt vektet disk; når den er satt i gang, roterer den frem og tilbake med en vanlig hastighet for å fungere som en tidtaking mekanisme.
Batteridrevne kvartsur
I dag er de vanligste klokkene kvartsur, oppkalt etter sine tidtaking mekanisme.
Kvartskrystaller er piezoelektrisk: hvis du fører en elektrisk strøm gjennom dem, vibrerer de med en bestemt hastighet. Legg merke til en trend? Nesten hvilken som helst prosess med en spesifikk hastighet kan fungere som en timekeeping-mekanisme.
En typisk moderne batteridrevet klokke gir en liten elektrisk strøm gjennom en kvartskrystall, som er innstilt i en krets som fungerer som en eskapement: den frigjør små mengder strøm fra batteriet med jevne mellomrom diktert av kvartsens vibrasjon.
Hver vanlige "flått" med strøm enten tvinger en motor til å flytte analoge hender eller kontrollerer utgangen til en digital skjerm.
En siste merknad om atomklokker
Du har kanskje sett eller hørt om en atomur.
De er nesten helt digitale, så vi kommer ikke inn på detaljer, men de grunnleggende prinsippene for hvordan de fungerer er de samme som klokkene ovenfor. Den store forskjellen er tidtaking: de er bygget rundt en mekanisme som måler den nøyaktige hastigheten som cesiumatomer frigjør energi etter å ha blitt "begeistret" av radiobølger.
The International System of Units standardiserte sin definisjon av ett sekund på egenskapene til cesium i 1967, og det har forblitt standarden siden.