Obsah
- Čo je vnútri analógových hodín
- Kyvadlové hodiny: prvé moderné hodiny
- Pohľad do analógových hodín
- Pružinové analógové hodinky
- Quartzové hodiny napájané z batérie
- Záverečná poznámka o atómových hodinách
Hodiny je možné rozdeliť do dvoch širokých kategórií podľa toho, ako zobrazujú informácie.
Analógové, aka mechanický, hodiny označujú aktuálny čas pohybujúcimi sa rukami. digitálne hodiny naopak 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 - ošetríme ich analógový a mechanický ako synonymá.)
Čo je vnútri analógových hodín
Každá hodina potrebuje tri základné časti:
V najzákladnejších pojmoch sú hodiny prístrojom, ktorý používa energie na zobraziť čas, regulovaný a časomiera mechanizmus.
Zoberme si presýpacie hodiny naplnené pieskom - veľmi jednoduché analógové hodiny. jeho energie Zdroj je ťah gravitácie, jeho zobraziť je množstvo piesku zadržaného v každej polovici a jeho množstvo časomiera Mechanizmus je relatívne konštantná rýchlosť, ktorou piesok tečie úzkym otvorom medzi dvoma polovicami.
Vo viac sofistikovaných analógových hodinách sú tri základné časti spojené pomocou ozubených kolies, remeníc a iných mechanických systémov.
V moderných hodinách môžu byť mechanické komponenty nahradené vodičmi a elektrickými prúdmi. Existuje viac možných konfigurácií, ako sme kedy mohli pokryť, takže sa bližšie pozrieme na jeden konkrétny typ hodín.
Kyvadlové hodiny: prvé moderné hodiny
Kyvadlové hodiny sú pravdepodobne prvé moderné hodiny.
Kyvadlo si budete pamätať, že váha visí z pevného bodu a môže sa otáčať dozadu a dopredu - môžete si urobiť jednoduchý tým, že budete klásť slúchadlá.
Na prelome 17. storočia ho taliansky vedec Galileo Galilei vo fyzike priviedol k objaveniu tejto jedinečnej vlastnosti kyvadiel: vždy venujte rovnaké množstvo času dokončeniu plného pohybu.
To platí aj vtedy, keď odpor vzduchu a ďalšie faktory pomaly znižujú, ako ďaleko sa kyvadlo pohybuje pri každom výkyve, až do momentu, keď sa zastaví.
Okamžite rozpoznal potenciál kyvadiel pre časomieru v hodinovom mechanizme, ale až do roku 1656 navrhol holandský vedec Christiaan Huygens, inšpirovaný Galileovou prácou, pracovné kyvadlové hodiny.
Spoločnosť Huygens nemala skúsenosti s realizáciou svojho návrhu, a preto na jeho zostavenie najal profesionálneho hodinára Salomona Costera.
Pohľad do analógových hodín
Pozrime sa, ako fungujú kyvadlové hodiny podľa troch častí (mechanizmus časomiera, zdroj energie a displej), ktoré sme použili vyššie.
Zdroj energie: Rovnako ako presýpacie hodiny, prvé kyvadlové hodiny používali gravitáciu na výrobu energie prostredníctvom systému závaží visiacich z kladiek. Otočením kľúča „previníte“ hodiny, zdvihnete závažia a uložíte potenciálnu energiu tým, že závažia pridáte k gravitácii.
Časomeračský mechanizmus: Kyvadlo a komponent nazývaný an escapement regulovať rýchlosť uvoľňovania energie z váh. Únik obsahuje vrubované koleso, ktoré zaisťuje, že sa môže pohybovať iba v samostatných krokoch alebo „kliešťami“.
Každý dokončený výkyv kyvadla uvoľní jedno kliešte na úteku, čo zase umožní, aby závažia klesli o kúsok.
zobraziť: Ruky hodín sú prostredníctvom prevodovky spojené so zvyškom mechanizmu.
Keď útek uvoľní jednu kocku energie, otáčajú sa prevodové stupne a ruky sa pohybujú v správnom množstve.
Ak predpokladáte jedno-sekundové kyvné hojdanie, ktoré bolo bežné v neskorších návrhoch, každé kliešte sa skončí pohybom druhej ruky presne o 1/60 cesty okolo ciferníka.
Najjednoduchšie: energie sa uloží pomocou zvýšených hmotností a potom sa uvoľní v presnej miere do časomiera kyvadlo mechanizmus, ktorý otočí ruky zobraziť na zobrazenie aktuálneho času.
Pružinové analógové hodinky
Možno vás napadlo, že kyvadlo nefunguje v hodinkách, ktoré sa neustále pohybujú.
Namiesto toho sa používajú mechanické hodinky hnacie pružiny a vyvažovacie kolesá, Pružiny poháňané hodiny vlastne predchádzajú kyvadlovým hodinám asi o 200 rokov, ale boli podstatne menej presné.
Skladovací vak je pevne navinutý energie, Vyvažovacie koleso je špeciálne vážený disk; akonáhle je uvedený do pohybu, otáča sa tam a späť pravidelnou rýchlosťou, aby pôsobil ako časomiera mechanizmus.
Quartzové hodiny napájané z batérie
Dnes sú najbežnejšími hodinami kremenné hodiny, pomenované podľa nich časomiera mechanizmus.
Kryštály kremeňa sú piezoelektrický: ak nimi prechádzate elektrický prúd, vibrujú špecifickou rýchlosťou. Všimnite si trend? Takmer každý proces so špecifickou mierou môže pôsobiť ako mechanizmus merania času.
Typické moderné hodiny napájané z batérie sú minimálnym elektrickým prúdom z kremenného kryštálu, ktorý je nastavený v okruhu, ktorý funguje ako únik: v pravidelných intervaloch vydáva vibrácie kremeňa z batérie malé množstvo elektriny.
Každý pravidelný „kliešte“ elektrickej energie poháňa motor, aby pohol analógovými rukami, alebo riadi výstup na digitálnu obrazovku.
Záverečná poznámka o atómových hodinách
Možno ste videli alebo počuli atómové hodiny.
Sú takmer úplne digitálne, takže sa nebudeme podrobne venovať, ale základné princípy ich práce sú rovnaké ako hodiny uvedené vyššie. Veľkým rozdielom je ich časomeranie: stavajú sa na mechanizme, ktorý meria presnú rýchlosť, pri ktorej atómy cézia uvoľňujú energiu po „vzrušení“ rádiovými vlnami.
Medzinárodný systém jednotiek štandardizoval svoju definíciu jednej sekundy na vlastnosti cézia v roku 1967 a odvtedy zostáva štandardom.