Содержание
- Что внутри аналоговых часов
- Маятниковые часы: первые современные часы
- Взгляд в аналоговые часы
- Пружинные аналоговые часы
- Кварцевые часы с батарейным питанием
- Заключительная записка об атомных часах
Часы могут быть разделены на две широкие категории в зависимости от того, как они отображают информацию.
Аналоговый, ака механический, часы используют движущиеся стрелки, чтобы указать текущее время. цифровой часы, с другой стороны, отображают время в виде набора чисел, как правило, с помощью ЖК-дисплея или другого электронного экрана.
(Технически возможно иметь электронные часы с аналоговым дисплеем, но это очень редко - мы рассмотрим аналоговый а также механический как синонимы.)
Что внутри аналоговых часов
Каждые часы нуждаются в трех основных частях:
В самых основных терминах часы - это устройство, которое использует энергия в дисплей время, регулируемое хронометраж механизм.
Возьмем песочные часы с песком - очень простые аналоговые часы. это энергия источник притяжения гравитации, его дисплей количество песка в каждой половине, и его хронометраж Механизм - это относительно постоянная скорость, с которой песок протекает через узкое отверстие между двумя половинками.
В более сложных аналоговых часах три основные части соединены 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 охватить, поэтому давайте подробнее рассмотрим один конкретный тип часов.
Маятниковые часы: первые современные часы
Маятниковые часы, возможно, первые современные часы.
Помните, маятник - это груз, подвешенный к фиксированной точке и позволяющий качаться взад-вперед - вы можете сделать простой, повесив пару наушников.
На рубеже 17-го века эксперименты итальянского ученого Галилея Галилея по физике привели его к открытию этой уникальной особенности маятников: всегда займет столько же времени, чтобы завершить полный ход.
Это верно, даже несмотря на то, что сопротивление воздуха и другие факторы медленно уменьшают, как далеко маятник движется с каждым ударом, вплоть до момента его остановки.
Он сразу же осознал потенциал маятников для отсчета времени внутри часового механизма, но только в 1656 году голландский ученый Кристиан Гюйгенс, вдохновленный работой Галилея, разработал рабочие маятниковые часы.
У Гюйгенса не было навыков для реализации своего дизайна, поэтому он нанял профессионального часовщика Саломона Костера для его создания.
Взгляд в аналоговые часы
Давайте посмотрим, как работают маятниковые часы в соответствии с разбивкой на три части (механизм хронометража, источник энергии и дисплей), которую мы использовали выше.
Энергетический ресурсКак и в песочных часах, первые маятниковые часы использовали гравитацию для генерации энергии через систему весов, висящих на шкивах. Поворот ключа будет «заводить» часы, поднимать гири и накапливать потенциальную энергию, удерживая гири против силы тяжести.
Механизм хронометража: Маятник и компонент, называемый спуск регулировать скорость, с которой высвобождается энергия от веса. Спуск включает зубчатое колесо, которое гарантирует, что оно может двигаться только дискретными шагами, или «тикает».
Каждое завершенное колебание маятника освобождает один тик на спуске, что, в свою очередь, позволяет весам немного упасть.
дисплей: Стрелки часов соединены через зубчатую передачу с остальной частью механизма.
Когда спуск высвобождает один тик энергии, шестерни поворачиваются, и стрелки двигаются в нужном количестве.
Если вы предполагаете колебание маятника в течение одной секунды, которое было обычным явлением в более поздних проектах, каждый тик в конечном итоге перемещает секундную стрелку ровно на 1/60 пути вокруг циферблата.
Проще говоря: энергия хранится с использованием поднятых весов, а затем высвобождается с хронометраж маятниковый механизм, который поворачивает руки дисплей показать текущее время.
Пружинные аналоговые часы
Возможно, вам пришло в голову, что маятник не будет работать в часах, которые постоянно движутся.
Вместо этого механические часы используют пружинами а также балансирные колеса, Пружинные часы фактически предшествуют маятниковым часам примерно на 200 лет, но были значительно менее точными.
Пружина намотана для хранения энергия, Балансировочное колесо - это специально взвешенный диск; после приведения в движение он вращается назад и вперед с регулярной скоростью, чтобы действовать как хронометраж механизм.
Кварцевые часы с батарейным питанием
Сегодня наиболее распространенными являются кварцевые часы, названные в честь их хронометраж механизм.
Кварцевые кристаллы пьезоэлектрический: если вы пропустите электрический ток через них, они будут вибрировать с определенной скоростью. Заметили тенденцию? Практически любой процесс с определенной скоростью может действовать как механизм хронометража.
Типичные современные часы с батарейным питанием представляют собой крошечный электрический ток через кристалл кварца, который установлен в цепи, которая действует как спуск: он выделяет небольшое количество электричества из батареи через равные промежутки времени, обусловленные вибрацией кварца.
Каждый обычный «тик» электричества либо приводит в движение мотор для перемещения аналоговых стрелок, либо управляет выходом на цифровой экран.
Заключительная записка об атомных часах
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 у часов выше. Большая разница заключается в их хронометраже: они построены вокруг механизма, который измеряет точную скорость, с которой атомы цезия высвобождают энергию после «возбуждения» радиоволнами.
Международная система единиц стандартизировала свое определение одной секунды о свойствах цезия в 1967 году, и с тех пор оно остается стандартом.