Inhalt
- Was steckt in einer analogen Uhr?
- Pendeluhren: Die erste moderne Uhr
- Ein Blick in eine analoge Uhr
- Frühlingsgetriebene Analoguhren
- Batteriebetriebene Quarzuhren
- Ein letzter Hinweis zu Atomuhren
Uhren können in zwei große Kategorien unterteilt werden, je nachdem, wie sie Informationen anzeigen.
Analog auch bekannt als mechanisch, Uhren zeigen mit ihren beweglichen Zeigern die aktuelle Uhrzeit an. Digital Uhren hingegen zeigen die Zeit als eine Reihe von Zahlen an, typischerweise über ein LCD oder einen anderen elektronischen Bildschirm.
(Es ist technisch möglich, eine elektronische Uhr mit einer analogen Anzeige zu haben, aber es ist sehr selten - wir werden es behandeln analog und mechanisch als Synonyme.)
Was steckt in einer analogen Uhr?
Jede Uhr benötigt drei grundlegende Teile:
Grundsätzlich ist eine Uhr ein Gerät, das verwendet wird Energie zu Anzeige Zeit, geregelt durch a Zeitmessung Mechanismus.
Stellen Sie sich eine sandgefüllte Sanduhr vor - eine sehr einfache analoge Uhr. Es ist Energie Quelle ist die Anziehungskraft der Schwerkraft Anzeige ist die Menge an Sand, die in jeder Hälfte enthalten ist, und seine Zeitmessung Mechanismus ist die relativ konstante Geschwindigkeit, mit der Sand durch die enge Öffnung zwischen den beiden Hälften fließt.
Bei anspruchsvolleren analogen Uhren sind die drei grundlegenden Teile über Zahnräder, Riemenscheiben und andere mechanische Systeme verbunden.
In modernen Uhren können die mechanischen Komponenten durch Drähte und elektrische Ströme ersetzt werden. Es gibt mehr mögliche Konfigurationen, als wir jemals behandeln könnten. Schauen wir uns also einen bestimmten Uhrentyp genauer an.
Pendeluhren: Die erste moderne Uhr
Pendeluhren sind wohl die ersten modernen Uhren.
Wie Sie sich erinnern werden, ist ein Pendel ein Gewicht, das an einem festen Punkt hängt und hin und her schwingen darf. Sie können ein einfaches Pendel herstellen, indem Sie ein Paar Ohrhörer baumeln lassen.
Um die Wende des 17. Jahrhunderts führten ihn die Experimente des italienischen Wissenschaftlers Galileo Galilei in der Physik dazu, dieses einzigartige Merkmal von Pendeln zu entdecken: eins wird es immer Nehmen Sie sich die gleiche Zeit, um einen vollständigen Schwung auszuführen.
Dies gilt auch dann, wenn der Luftwiderstand und andere Faktoren die Bewegung eines Pendels bei jedem Schwung langsam bis zum Stillstand verringern.
Er erkannte sofort das Potenzial von Pendeln für die Zeitmessung in einem Uhrwerk, aber erst 1656 entwarf der niederländische Wissenschaftler Christiaan Huygens, inspiriert von Galileos Werk, eine funktionierende Pendeluhr.
Huygens war nicht in der Lage, sein Design umzusetzen, und beauftragte den professionellen Uhrmacher Salomon Coster mit dem Bau.
Ein Blick in eine analoge Uhr
Sehen wir uns an, wie Pendeluhren gemäß der oben beschriebenen dreiteiligen Aufteilung (Zeitnehmungsmechanismus, Energiequelle und Anzeige) funktionieren.
Energiequelle: Wie eine Sanduhr verwendeten die ersten Pendeluhren die Schwerkraft, um Energie durch ein System von Gewichten zu erzeugen, die an Riemenscheiben hingen. Das Drehen eines Schlüssels würde die Uhr „aufziehen“, die Gewichte anheben und potenzielle Energie speichern, indem die Gewichte gegen die Schwerkraft gehalten werden.
Zeitnehmungsmechanismus: Ein Pendel und eine Komponente namens Hemmung regulieren Sie die Geschwindigkeit, mit der Energie aus den Gewichten freigesetzt wird. Die Hemmung enthält ein Kerbrad, das sicherstellt, dass sie sich nur in diskreten Schritten oder „Zecken“ bewegen kann.
Bei jedem vollständigen Pendelschlag wird ein Häkchen auf der Hemmung ausgelöst, wodurch die Gewichte geringfügig absinken können.
Anzeige: Die Zeiger der Uhr sind über ein Getriebe mit dem Rest des Mechanismus verbunden.
Wenn die Hemmung einen Tick Energie abgibt, drehen sich die Zahnräder und die Zeiger bewegen sich um den richtigen Betrag.
Wenn Sie von einem 1-Sekunden-Pendelschlag ausgehen, wie er in späteren Konstruktionen üblich war, bewegt jeder Tick den Sekundenzeiger genau 1/60 des Weges um das Zifferblatt.
Im einfachsten Sinne: Energie wird unter Verwendung von erhöhten Gewichten gespeichert und dann mit einer genauen Geschwindigkeit von freigegeben Zeitmessung Pendelmechanismus, der die Hände des Anzeige um die aktuelle Zeit anzuzeigen.
Frühlingsgetriebene Analoguhren
Möglicherweise ist Ihnen aufgefallen, dass ein Pendel in einer sich ständig bewegenden Uhr nicht funktioniert.
Stattdessen verwenden mechanische Uhren Hauptfedern und Unruhräder. Gefederte Uhren sind Pendeluhren zwar um etwa 200 Jahre älter als sie, jedoch wesentlich ungenauer.
Die Zugfeder ist zur Aufbewahrung eng gewickelt Energie. Das Unruh ist eine speziell beschwerte Scheibe; einmal in Bewegung gesetzt, dreht es sich mit einer regelmäßigen Geschwindigkeit hin und her, um als Zeitmessung Mechanismus.
Batteriebetriebene Quarzuhren
Heutzutage sind die gebräuchlichsten Uhren Quarzuhren, benannt nach ihren Zeitmessung Mechanismus.
Quarzkristalle sind piezoelektrisch: Wenn Sie sie mit elektrischem Strom durchfließen lassen, vibrieren sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Beobachten Sie einen Trend? Fast jeder Prozess mit einer bestimmten Rate kann als Zeitnehmungsmechanismus fungieren.
Eine typische moderne batteriebetriebene Uhr ist ein winziger elektrischer Strom durch einen Quarzkristall, der sich in einem Stromkreis befindet, der wie eine Hemmung wirkt: Er setzt in regelmäßigen Abständen kleine Mengen an Elektrizität aus der Batterie frei, die durch die Vibration des Quarzes bestimmt werden.
Jedes regelmäßige „Zecken“ von Elektrizität treibt entweder einen Motor an, um analoge Zeiger zu bewegen, oder steuert die Ausgabe auf einem digitalen Bildschirm.
Ein letzter Hinweis zu Atomuhren
Möglicherweise haben Sie eine Atomuhr gesehen oder von ihr gehört.
Sie sind fast vollständig digital, sodass wir nicht auf Details eingehen, aber die Grundprinzipien ihrer Funktionsweise stimmen mit denen der obigen Uhren überein. Der große Unterschied ist ihre Zeitmessung: Sie basiert auf einem Mechanismus, der die genaue Geschwindigkeit misst, mit der Cäsiumatome Energie freisetzen, nachdem sie durch Radiowellen „erregt“ wurden.
Das Internationale Einheitensystem standardisierte 1967 seine Definition von einer Sekunde für die Eigenschaften von Cäsium und ist seitdem der Standard geblieben.