Sisu
- Mis on analoogkella sees
- Pendelkellad: esimene moodne kell
- Pilk analoogkella sisse
- Kevadised analoogkellad
- Patareitoitega kvartskellad
- Lõppmärkus aatomkellade kohta
Kellad võib jagada kahte laia kategooriasse vastavalt sellele, kuidas nad teavet kuvavad.
Analoog, aka mehaaniline, kasutavad kellad kellaaja kuvamiseks liikuvaid käsi. Digitaalne kellad seevastu näitavad aega numbrikomplektina, tavaliselt vedelkristallekraani või muu elektroonilise ekraani kaudu.
(Analoogkuvariga elektroonilise kella olemasolu on tehniliselt võimalik, kuid see on väga haruldane - me käsitleme seda analoog ja mehaaniline kui sünonüümid.)
Mis on analoogkella sees
Igal kellal on vaja kolme põhiosa:
Kõige lihtsamalt öeldes on kell seade, mis kasutab energia kuni väljapanek aeg, reguleeritud a ajaarvestus mehhanism.
Mõelge liivaga täidetud liivakell - väga lihtne analoogkell. Selle energia allikas on raskusjõu tõmme, selle väljapanek on mõlemas pooles hoitava liiva kogus ja selle väärtus ajaarvestus mehhanism on suhteliselt püsiv kiirus, millega liiv voolab läbi kahe poole vahelise kitsa ava.
Keerukamates analoogkellades on kolm põhiosa ühendatud hammasrataste, rihmarataste ja muude mehaaniliste süsteemide kaudu.
Kaasaegsetes kellades võivad mehaanilised komponendid olla asendatud juhtmete ja elektrivooluga. Võimalikke konfiguratsioone on rohkem, kui me kunagi hõlmata suudaksime, nii et vaatame lähemalt ühte konkreetset tüüpi kella.
Pendelkellad: esimene moodne kell
Pendlikellad on vaieldamatult esimesed kaasaegsed kellad.
Pidage meeles, et pendel on fikseeritud punktist üles riputatud kaal, millel on lubatud edasi-tagasi liikuda - saate teha lihtsa, kui riputada paar kõrvaklappi.
17. sajandi vahetusel ajendasid itaalia teadlase Galileo Galilei füüsikakatsed teda avastama selle pendlite ainulaadse tunnuse: alati võtke sama palju aega täies hoos.
See on tõsi ka siis, kui õhutakistus ja muud tegurid vähendavad pendelide liikumist iga pöördega aeglaselt kuni hetkeni, mil see peatub.
Ta tunnistas kohe pendlite potentsiaali kella mehhanismi sees ajaarvestamiseks, kuid alles 1656 kavandas Hollandi teadlane Christiaan Huygens Galileo tööst inspireerituna töötava pendli kella.
Huygensil puudusid oskused oma disaini rakendada, seetõttu palkas ta selle ehitamiseks kutselise kellassepatöökoja Salomon Costeri.
Pilk analoogkella sisse
Vaatame, kuidas pendelkellad toimivad vastavalt ülalpool kasutatud kolmeosalisele jaotusele (ajaarvestuse mehhanism, energiaallikas ja ekraan).
Energiaallikas: Nagu liivakell, kasutasid esimesed pendelkellad gravitatsiooni energia genereerimiseks rihmarattadest rippuvate raskuste süsteemi kaudu. Võtme keeramine "keeraks" kella, tõstaks raskusi ja salvestaks potentsiaalset energiat, hoides raskusi raskusjõu vastu.
Ajavõtumehhanism: Pendel ja komponent nimega an põgenemine reguleerida raskustest eralduva energia kiirust. Evakuatsioon sisaldab sälguga ratast, mis tagab, et see saab liikuda ainult eraldiseisvate sammude ehk puukide abil.
Iga pendli valmis kiik vabastab evakuatsioonil ühe puugi, mis omakorda võimaldab kaaludel pisikese tilga langeda.
Kuva: Kella käed on hammasratta kaudu ühendatud ülejäänud mehhanismiga.
Kui põgenemine vabastab ühe puugi energiat, käigud pöörduvad ja käed liiguvad õige koguse.
Kui eeldada ühesekundilist pendelliikumist, mis oli hilisemates kujundustes tavaline, siis liigub iga linnuke sekundaarkäsi täpselt 1/60-ni kellaosuti suunas.
Kõige lihtsamalt öeldes: energia salvestatakse tõstetud raskuste abil, seejärel vabastatakse täpse kiirusega 5% ajaarvestus pendelmehhanism, mis pöörab käe väljapanek praeguse aja kuvamiseks.
Kevadised analoogkellad
Teie jaoks võis juhtuda, et pendel ei töötaks pidevalt ringi liikuvas kellas.
Selle asemel kasutavad mehaanilised kellad peavoolud ja tasakaalurattad. Kevadised kellad eeldavad pendelkellasid tegelikult umbes 200 aastat, kuid olid tunduvalt vähem täpsed.
Peavedru on hoiustamiseks tihedalt haavatud energia. Kaaluratas on spetsiaalselt kaalutud ketas; kui see on liikuma hakanud, pöörleb see regulaarse kiirusega edasi-tagasi, et toimida nagu ajaarvestus mehhanism.
Patareitoitega kvartskellad
Tänapäeval on kõige tavalisemad kellad, mille nimeks on kvartskellad ajaarvestus mehhanism.
Kvartskristallid on piesoelektriline: kui juhite nende kaudu elektrivoolu, vibreerivad nad kindla kiirusega. Kas teate suundumust? Peaaegu iga kindla kiirusega protsess võib toimida ajavõtmise mehhanismina.
Tüüpiline tänapäevane patareitoitel töötav kell on kvartskristalli kaudu minisükliline elektrivool, mis on seatud vooluringis toimivasse vooluringisse: see vabastab akust väikestes kogustes elektrit regulaarsete ajavahemike tagant, mille tingib kvartsvibratsioon.
Iga regulaarne elektri "puuk" annab mootorile mootori analoogkäte liigutamiseks või kontrollib väljundit digitaalkuvale.
Lõppmärkus aatomkellade kohta
Võib-olla olete aatomi kella näinud või kuulnud.
Need on peaaegu täielikult digitaalsed, nii et me ei süvene üksikasjadesse, kuid nende tööpõhimõtted on samad, mis ülaltoodud kellad. Suur erinevus on nende ajaarvestuses: need on üles ehitatud mehhanismile, mis mõõdab tseesiumi aatomite täpset kiirust energia täpsel kiirusel pärast raadiolainete "ergastamist".
Rahvusvaheline ühikute süsteem standardiseeris ühe sekundi määratluse tseesiumi omaduste osas 1967. aastal ja sellest ajast alates on see standardiks jäänud.