Zegar wahadłowy

Zegar wahadłowy wymyślony przez Galileo Galilei około 1637 roku. Najwcześniejszy znany projekt zegara wahadłowego, nigdy nie został ukończony.
Zegar ścienny wahadłowy w stylu regulatora wiedeńskiego

Zegar wahadłowy to zegar , który wykorzystuje wahadło , wahadłowy ciężarek, jako element odmierzający czas . Zaletą wahadła do mierzenia czasu jest to, że jest to oscylator harmoniczny : kołysze się tam iz powrotem w precyzyjnym przedziale czasowym zależnym od jego długości i jest odporny na wahania z innymi prędkościami. Od wynalezienia w 1656 roku przez Christiaana Huygensa , zainspirowanego przez Galileo Galilei , aż do lat 30. XX wieku zegar wahadłowy był najdokładniejszym chronometrażystą na świecie, biorąc pod uwagę jego szerokie zastosowanie. W XVIII i XIX wieku zegary wahadłowe w domach, fabrykach, biurach i na stacjach kolejowych służyły jako podstawowe wzorce czasu do planowania życia codziennego, zmian w pracy i transportu publicznego. Ich większa dokładność pozwoliła na przyspieszenie tempa życia, które było niezbędne dla Rewolucja przemysłowa . Domowy zegar wahadłowy został zastąpiony tańszymi, synchronicznymi zegarami elektrycznymi w latach 30. i 40. XX wieku. Zegary wahadłowe są obecnie przechowywane głównie ze względu na ich dekoracyjną i antyczną .

Zegary wahadłowe muszą być nieruchome, aby mogły działać. Każdy ruch lub przyspieszenie wpłynie na ruch wahadła, powodując niedokładności, dlatego w przenośnych zegarkach należy stosować inne mechanizmy.

Historia

Pierwszy zegar wahadłowy, wynaleziony przez Christiaana Huygensa w 1656 roku

Zegar wahadłowy został wynaleziony w 1656 roku przez holenderskiego naukowca i wynalazcę Christiaana Huygensa i opatentowany w następnym roku. Huygens zlecił wykonanie swoich projektów zegarów zegarmistrzowi Salomonowi Costerowi , który faktycznie zbudował zegar. Inspiracją dla Huygensa były badania wahadeł przeprowadzone przez Galileo Galilei, które rozpoczęły się około 1602 roku. Galileusz odkrył kluczową właściwość, która sprawia, że ​​wahadła są przydatne w mierzeniu czasu: izochronizm , co oznacza, że ​​okres wychylenia wahadła jest w przybliżeniu taka sama dla wahań o różnej wielkości. Galileusz w 1637 roku opisał swojemu synowi mechanizm, który utrzymywał wahadło w ruchu, co zostało nazwane pierwszym projektem zegara wahadłowego (zdjęcie u góry) . Został częściowo zbudowany przez jego syna w 1649 roku, ale żaden z nich nie dożył jego ukończenia. Wprowadzenie wahadła, pierwszego oscylatora harmonicznego używanego do pomiaru czasu, ogromnie zwiększyło dokładność zegarów, z około 15 minut dziennie do 15 sekund dziennie, co doprowadziło do ich szybkiego rozpowszechnienia, ponieważ istniejące zegary „ verge and foliot ” zostały wyposażone w wahadła.

Zegar latarniowy , który został przerobiony na wahadło. Aby dostosować się do szerokich wahań wahadła spowodowanych ucieczką z krawędzi , po bokach dodano „skrzydła”
Zegar dziadka
Niektóre z najdokładniejszych zegarów wahadłowych: (po lewej) zegar regulatora Rieflera , który służył jako standard czasu w USA od 1909 do 1929 roku, (po prawej) zegar Shortt-Synchronome , najdokładniejszy zegar wahadłowy, jaki kiedykolwiek wyprodukowano, który służył jako wzorzec czasu podczas lata 30.

Te wczesne zegary, ze względu na wychwyty krawędziowe , miały szerokie wychylenia wahadła wynoszące 80–100 °. W swojej analizie wahadeł z 1673 r., Horologium Oscillatorium , Huygens wykazał, że szerokie wahania powodowały, że wahadło było niedokładne, powodując, że jego okres, a tym samym częstotliwość zegara, zmieniały się wraz z nieuniknionymi zmianami siły napędowej zapewnianej przez ruch . Uświadomienie sobie zegarmistrzów, że tylko wahadła o małych wahaniach kilku stopni są izochroniczne , motywowało wynalezienie wychwytu kotwicy przez Roberta Hooke'a około 1658 r., co zmniejszyło wychylenie wahadła do 4–6 °. Kotwica stała się standardowym wychwytem stosowanym w zegarach wahadłowych. Oprócz zwiększonej dokładności, wąskie wahadło kotwicy pozwoliło obudowie zegara pomieścić dłuższe, wolniejsze wahadła, które wymagały mniejszej mocy i powodowały mniejsze zużycie mechanizmu. Wahadło sekundowe (zwane także wahadłem królewskim) o długości 0,994 m (39,1 cala), w którym okres czasu wynosi dwie sekundy, stało się szeroko stosowane w wysokiej jakości zegarach. Długie wąskie zegary zbudowane wokół tych wahadeł, po raz pierwszy wykonane przez Williama Clementa około 1680 r., który również twierdził, że wynalazł wychwyt kotwicy, stał się znany jako zegary dziadkowe . Zwiększona dokładność wynikająca z tych zmian spowodowała, że ​​​​począwszy od około 1690 roku na tarczach zegarów dodano wskazówkę minutową, wcześniej rzadką.

zegarmistrzowskich w XVIII i XIX wieku, która nastąpiła po wynalezieniu wahadła, przyniosła wiele ulepszeń zegarów wahadłowych. Wychwyt martwego rytmu wynaleziony w 1675 r. Przez Richarda Towneleya i spopularyzowany przez George'a Grahama około 1715 r. W jego precyzyjnych zegarach „regulatorowych” stopniowo zastąpił wychwyt kotwicy i jest obecnie używany w większości nowoczesnych zegarów wahadłowych. Obserwacja, że ​​latem zegary wahadłowe zwalniały, uświadomiła sobie, że rozszerzalność cieplna jest oczywista a skurcz pręta wahadła wraz ze zmianami temperatury był źródłem błędu. Zostało to rozwiązane przez wynalezienie wahadeł z kompensacją temperatury; wahadło rtęci autorstwa Grahama w 1721 r. i wahadło siatkowe autorstwa Johna Harrisona w 1726 r. Dzięki tym ulepszeniom w połowie XVIII wieku precyzyjne zegary wahadłowe osiągały dokładność kilku sekund na tydzień.

Do XIX wieku zegary były wykonywane ręcznie przez indywidualnych rzemieślników i były bardzo drogie. Bogata ornamentyka zegarów wahadłowych z tego okresu wskazuje na ich wartość jako symboli statusu zamożnych. Zegarmistrzowie z każdego kraju i regionu w Europie opracowali własne, charakterystyczne style . W XIX wieku fabryczna produkcja części do zegarów stopniowo sprawiła, że ​​​​zegary wahadłowe stały się dostępne dla rodzin z klasy średniej.

Podczas rewolucji przemysłowej szybsze tempo życia i planowanie zmian oraz transportu publicznego, takiego jak pociągi, zależały od dokładniejszego pomiaru czasu, który umożliwiało wahadło. Życie codzienne zorganizowane było wokół domowego zegara wahadłowego. Dokładniejsze zegary wahadłowe, zwane regulatorami , montowano w miejscach handlowych i na dworcach kolejowych , służąc do ustalania harmonogramu pracy i ustawiania innych zegarów. Potrzeba niezwykle dokładnego pomiaru czasu w nawigacji na niebie w celu określenia długości geograficznej na statkach podczas długich rejsów morskich doprowadził do powstania najdokładniejszych zegarów wahadłowych, zwanych regulatorami astronomicznymi . Te precyzyjne instrumenty, zainstalowane w obserwatoriach morskich i utrzymywane z dokładnością w ciągu sekundy dzięki obserwacji tranzytów gwiazd nad głową, były używane do ustawiania chronometrów morskich na statkach wojennych i handlowych. Począwszy od XIX wieku regulatory astronomiczne w obserwatoriach morskich służyły jako podstawowe standardy dla krajowych usług dystrybucji czasu , które rozprowadzały sygnały czasu przez telegraf przewody. Od 1909 roku US National Bureau of Standards (obecnie NIST ) oparło amerykański standard czasu na zegarach wahadłowych Rieflera , z dokładnością do około 10 milisekund dziennie. W 1929 roku przeszedł na wolny zegar wahadłowy Shortt-Synchronome, zanim w latach trzydziestych XX wieku przeszedł na standardy kwarcowe . Z błędem mniejszym niż jedna sekunda rocznie, Shortt był najdokładniejszym produkowanym komercyjnie zegarem wahadłowym.

Zegary wahadłowe pozostawały światowym standardem dokładnego pomiaru czasu przez 270 lat, aż do wynalezienia zegara kwarcowego w 1927 r., i były używane jako wzorce czasu podczas drugiej wojny światowej . Francuska Służba Czasowa włączała zegary wahadłowe do swojego zestawu zegarów standardowych do 1954 r. Domowy zegar wahadłowy zaczął być zastępowany jako krajowy chronometrażysta w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku przez synchroniczny zegar elektryczny , który utrzymywał dokładniejszy czas, ponieważ był zsynchronizowany z oscylacją sieci elektroenergetycznej . Najdokładniejszym eksperymentalnym zegarem wahadłowym, jaki kiedykolwiek powstał, może być Littlemore Clock zbudowany przez Edwarda T. Halla w latach 90. (przekazany w 2003 r. Narodowemu Muzeum Zegarków i Zegarów w Kolumbii, Pensylwania, USA).

Mechanizm

Mechanizm modelu zegara Ansonia: ok. 1904.

Mechanizm napędzający zegar mechaniczny nazywa się ruchem. Ruchy wszystkich mechanicznych zegarów wahadłowych składają się z pięciu części:

  • Źródło zasilania; albo ciężarek na sznurku lub łańcuchu, który obraca koło pasowe lub zębatkę, albo sprężynę główną
  • Przekładnia zębata ( układ kołowy ), która zwiększa prędkość mocy, aby wahadło mogło z niej korzystać. Przełożenia przekładni zębatej również zmniejszają prędkość obrotową, dając koła, które obracają się raz na godzinę i raz na 12 godzin, obracając wskazówki zegara.
  • Wychwyt , który daje wahadłu impulsy precyzyjnie zsynchronizowane, aby utrzymać je w ruchu, i który zwalnia koła zębate, aby poruszały się do przodu o stałą wartość przy każdym wychyleniu . To jest źródło "tykającego" dźwięku pracującego zegara wahadłowego.
  • Wahadło, ciężarek na pręcie, który jest elementem zegara odmierzającego czas
  • Wskaźnik lub tarcza, która rejestruje, jak często wychwyt obracał się, a tym samym, ile czasu upłynęło, zwykle tradycyjna tarcza zegara z obracającymi się wskazówkami.

Dodatkowe funkcje w zegarach poza podstawowym pomiarem czasu nazywane są komplikacjami . Bardziej skomplikowane zegary wahadłowe mogą obejmować następujące komplikacje:

  • Uderzający pociąg : uderza w dzwon lub gong co godzinę, z liczbą uderzeń równą liczbie godzin. Niektóre zegary będą również sygnalizować pół godziny jednym uderzeniem. Bardziej wyszukane typy, fachowo zwane zegarami z brzęczeniem , wybijają kwadranse i mogą odtwarzać melodie lub kuranty katedralne, zwykle kwatery Westminster .
  • Tarcze kalendarza: pokazują dzień, datę, a czasem miesiąc.
  • faz księżyca : Pokazuje fazę księżyca, zwykle z namalowanym obrazem księżyca na obracającym się dysku.
  • Równanie tarczy czasu: ta rzadka komplikacja była używana we wczesnych dniach do ustawiania zegara na podstawie przejścia słońca nad głową w południe. Pokazuje różnicę między czasem wskazywanym przez zegar, a czasem wskazywanym przez pozycję słońca, która zmienia się nawet o ±16 minut w ciągu roku.
  • repeatera : powtarza dzwonki godzinowe po uruchomieniu ręcznym. Ta rzadka komplikacja została wykorzystana przed sztucznym oświetleniem, aby sprawdzić, która jest godzina w nocy.

W elektromechanicznych zegarach wahadłowych, takich jak stosowane w mechanicznych zegarach głównych , źródło zasilania jest zastąpione elektromagnesem , który dostarcza impulsy do wahadła za pomocą siły magnetycznej , a wychwyt jest zastępowany przełącznikiem lub fotodetektorem który wyczuwa, kiedy wahadło znajduje się we właściwej pozycji do odbioru impulsu. Nie należy ich mylić z nowszymi kwarcowymi zegarami wahadłowymi, w których elektroniczny moduł zegara kwarcowego obraca wahadło. To nie są prawdziwe zegary wahadłowe, ponieważ odmierzanie czasu jest kontrolowane przez kryształ kwarcu w module, a kołyszące się wahadło jest jedynie dekoracyjną symulacją.

Wahadło grawitacyjne

Wahadło i wychwyt kotwicy z zegara dziadka
Wahadło zegara dziadka
Wahadło rtęciowe
Wahadło siatki

Wahadło w większości zegarów (patrz rysunek) składa się z drewnianego lub metalowego pręta (a) z metalowym obciążnikiem zwanym bobem (b) na końcu. Bob ma tradycyjnie kształt soczewki, aby zmniejszyć opór powietrza. Drewniane pręty były często używane w wysokiej jakości zegarach, ponieważ drewno miało niższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż metal. Pręt jest zwykle zawieszony na ramie zegara za pomocą krótkiej prostej sprężyny z metalowej taśmy (d) ; pozwala to uniknąć niestabilności, które zostały wprowadzone przez konwencjonalny przegub. W najdokładniejszych zegarach regulatorowych wahadło zawieszone jest na metalowych krawędziach nożowych spoczywających na płaskich płytkach agatowych.

Wahadło jest napędzane przez wiszące za nim ramię przymocowane do elementu kotwiącego ( h) wychwytu , zwanego „kulą” (e) , zakończone „widelcem” (f) , który obejmuje pręt wahadła. Każdy ruch wahadła zwalnia koło ratunkowe, a ząb koła naciska na jedną z palet , wywierając krótki nacisk przez kulę i widelec na drążku wahadła, aby utrzymać go w ruchu.

Większość wysokiej jakości zegarów, w tym wszystkie zegary dziadka, ma „wahadło sekundowe”, w którym każde wychylenie wahadła trwa jedną sekundę (pełny cykl trwa dwie sekundy), czyli około jednego metra (39 cali) długości od osi obrotu do środka boba. Zegary kominkowe często mają wahadło półsekundowe, które ma około 25 centymetrów (9,8 cala) długości. Tylko kilka zegarów wieżowych wykorzystuje dłuższe wahadła, wahadło 1,5 sekundy o długości 2,25 m (7,4 stopy) lub czasami wahadło dwusekundowe o długości 4 m (13 stóp), które jest używane w Wielkim Zegarze Westminsterskim, w którym znajduje się Big Ben .

Wahadło waha się z okresem, który zmienia się wraz z pierwiastkiem kwadratowym jego efektywnej długości. Dla małych wahań okres T , czyli czas jednego pełnego cyklu (dwóch wahań), wynosi

gdzie L to długość wahadła, a g to lokalne przyspieszenie grawitacyjne . Wszystkie zegary wahadłowe mają możliwość regulacji tempa. Zwykle jest to nakrętka regulacyjna (c) pod wahadłem, która przesuwa wahadło w górę lub w dół na pręcie. Przesuwanie boba w górę zmniejsza długość wahadła, skracając okres wahadła, dzięki czemu zegar zyskuje na czasie. W niektórych zegarach wahadłowych precyzyjna regulacja odbywa się za pomocą regulacji pomocniczej, którą może być niewielki ciężarek przesuwany w górę lub w dół pręta wahadła. W niektórych zegarach głównych i zegarach wieżowych regulacja odbywa się za pomocą małej tacy zamontowanej na pręcie, na której umieszcza się lub usuwa małe obciążniki w celu zmiany efektywnej długości, dzięki czemu można regulować szybkość bez zatrzymywania zegara.

Okres wahadła nieznacznie wzrasta wraz z szerokością (amplituda) jego wychylenia. Współczynnik błędu rośnie wraz z amplitudą, więc przy ograniczeniu do małych wahań o kilka stopni wahadło jest prawie izochroniczne ; jego okres jest niezależny od zmian amplitudy. Dlatego wychylenie wahadła w zegarach jest ograniczone do 2° do 4°.

Małe kąty obrotu mają tendencję do zachowania izochronicznego ze względu na matematyczny fakt, że przybliżenie sin (x) = x staje się ważne, gdy kąt zbliża się do zera. Po dokonaniu tego podstawienia równanie wahadła staje się równaniem oscylatora harmonicznego, który ma stały okres we wszystkich przypadkach. Gdy kąt wychylenia staje się większy, przybliżenie stopniowo zawodzi, a okres nie jest już ustalony.

Kompensacja temperatury

Głównym źródłem błędów w zegarach wahadłowych jest rozszerzalność cieplna; pręt wahadła nieznacznie zmienia długość wraz ze zmianami temperatury, powodując zmiany w szybkości zegara. Wzrost temperatury powoduje rozszerzenie pręta, wydłużając wahadło, więc jego okres się wydłuża, a zegar traci czas. Wiele zegarów starszej jakości wykorzystywało drewniane pręty wahadłowe, aby zmniejszyć ten błąd, ponieważ drewno rozszerza się mniej niż metal.

Pierwszym wahadłem, które skorygowało ten błąd, było wahadło rtęciowe wynalezione przez Grahama w 1721 r., Które było używane w precyzyjnych zegarach regulatorowych do XX wieku. Miały one bob składający się z pojemnika z ciekłą metaliczną rtęcią . Wzrost temperatury spowodowałby rozszerzenie pręta wahadła, ale rtęć w pojemniku również by się rozszerzyła, a jej poziom nieznacznie wzrósłby w pojemniku, przesuwając środek ciężkości wahadła w górę w kierunku osi. Dzięki zastosowaniu odpowiedniej ilości rtęci środek ciężkości wahadła utrzymywał się na stałej wysokości, a tym samym jego okres utrzymywał się na stałym poziomie, pomimo zmian temperatury.

Najszerzej stosowanym wahadłem z kompensacją temperatury było wahadło siatkowe wynalezione przez Johna Harrisona około 1726 r. Składało się ono z „siatki” równoległych prętów z metalu o dużej rozszerzalności cieplnej, takiego jak cynk lub mosiądz , oraz metalu o niskiej rozszerzalności cieplnej, takiego jak stal . Przy prawidłowym połączeniu zmiana długości prętów o dużej rozciągliwości kompensowała zmianę długości prętów o małej rozciągliwości, ponownie osiągając stały okres wahadła ze zmianami temperatury. Ten typ wahadła stał się tak kojarzony z jakością, że dekoracyjne „fałszywe” siatki są często widoczne na zegarach wahadłowych, które nie mają rzeczywistej funkcji kompensacji temperatury.

Począwszy od około 1900 roku, niektóre z najbardziej precyzyjnych zegarów naukowych miały wahadła wykonane z materiałów o bardzo niskiej rozszerzalności, takich jak stop stali niklowej Invar lub topiona krzemionka , co wymagało bardzo niewielkiej kompensacji wpływu temperatury.

Atmosferyczny opór

Lepkość powietrza, w którym porusza się wahadło, będzie się zmieniać wraz z ciśnieniem atmosferycznym, wilgotnością i temperaturą. Ten opór wymaga również mocy, która w przeciwnym razie mogłaby zostać zastosowana do wydłużenia czasu między uzwojeniami. Tradycyjnie bob wahadła jest wykonany z wąskim, opływowym kształtem soczewki, aby zmniejszyć opór powietrza, czyli tam, gdzie większość mocy napędowej trafia do wysokiej jakości zegara. Pod koniec XIX i na początku XX wieku wahadła do precyzyjnych zegarów regulatorowych w obserwatoriach astronomicznych często pracowały w komorze, którą pompowano do niskiego ciśnienia, aby zmniejszyć opór i uczynić działanie wahadła jeszcze dokładniejszym, unikając zmian ciśnienia atmosferycznego. Dokładnej regulacji szybkości zegara można było dokonać poprzez niewielkie zmiany ciśnienia wewnętrznego w uszczelnionej obudowie.

Wyrównywanie i „bicie”

Aby czas był dokładny, zegary wahadłowe muszą być wypoziomowane. Jeśli tak nie jest, wahadło wychyla się bardziej w jedną stronę niż w drugą, zaburzając symetryczne działanie wychwytu. Ten stan często można usłyszeć słyszalnie w tykającym dźwięku zegara. Tiki lub „uderzenia” powinny następować w dokładnie równych odstępach czasu, aby dawały dźwięk „tik… tak… tik… tak”; jeśli nie są i mają dźwięk „tik-tak… tik-tak…”, zegar nie bije i należy go wyrównać. Ten problem może łatwo spowodować, że zegar przestanie działać i jest jedną z najczęstszych przyczyn wezwań serwisu. Poziomica _ lub maszyna do pomiaru czasu zegarka może osiągnąć większą dokładność niż poleganie na dźwięku rytmu; regulatory precyzyjne często mają wbudowaną poziomicę do tego zadania. Starsze wolnostojące zegary często mają nóżki z regulowanymi śrubami do ich poziomowania, nowsze mają regulację poziomowania w mechanizmie. Niektóre nowoczesne zegary wahadłowe mają urządzenia „automatycznego bicia” lub „samoregulującej regulacji rytmu” i nie wymagają tej regulacji.

Lokalna grawitacja

Zegar wahadłowy Ansonia. C.1904,SANTIAGO, wiszący dębowy piernikowy zegar, czas ośmiodniowy i uderzenie.

Ponieważ prędkość wahadła będzie rosła wraz ze wzrostem grawitacji, a lokalne grawitacyjne zmienia się wraz z szerokością geograficzną i wysokością na Ziemi, zegary wahadłowe o najwyższej precyzji zostać ponownie wyregulowane, aby utrzymywały czas po ruchu. Na przykład zegar wahadłowy przesunięty z poziomu morza na 4000 stóp (1200 m) traci 16 sekund dziennie. W przypadku najdokładniejszych zegarów wahadłowych nawet przeniesienie zegara na szczyt wysokiego budynku spowodowałoby utratę mierzalnego czasu z powodu niższej grawitacji. Lokalna grawitacja również zmienia się o około 0,5% wraz z szerokością geograficzną między równikiem i bieguny, przy czym grawitacja wzrasta na wyższych szerokościach geograficznych ze względu na spłaszczony kształt Ziemi. Dlatego precyzyjne zegary regulacyjne używane do nawigacji na niebie na początku XX wieku musiały zostać ponownie skalibrowane po przeniesieniu na inną szerokość geograficzną.

Wahadło skrętne

Główny artykuł: zegar z wahadłem skrętnym

Zwana także wahadłem skrętno-sprężynowym, jest to przypominająca koło masa (najczęściej cztery kule na poprzecznych szprychach) zawieszona na pionowym pasku (wstędze) ze stali sprężynowej, stosowana jako mechanizm regulujący w zegarach z wahadłem skrętnym . Obrót masy nawija i rozwija sprężynę zawieszenia, przy czym impuls energetyczny jest przykładany do górnej części sprężyny. Główną zaletą tego typu wahadła jest jego niskie zużycie energii; z okresem 12–15 sekund, w porównaniu do okresu wahadła grawitacyjnego 0,5–2 s, możliwe jest wykonanie zegarów, które należy nakręcać tylko co 30 dni, a nawet tylko raz w roku lub częściej. Od siły przywracającej jest zapewniana przez elastyczność sprężyny, która zmienia się wraz z temperaturą, jest bardziej podatna na zmiany temperatury niż wahadło grawitacyjne. Najdokładniejsze zegary skrętne wykorzystują sprężynę elinvar , która ma niski temperaturowy współczynnik sprężystości.

Zegar z wahadłem skrętnym, wymagający jedynie corocznego nakręcania, jest czasami nazywany „ zegarem 400-dniowym” lub „ zegarem rocznicowym ”, czasami wręczanym jako prezent ślubny . Wahadła skrętne są również stosowane w zegarach „wiecznych”, które nie wymagają nawijania, ponieważ ich sprężyna główna jest uzwojona przez zmiany temperatury i ciśnienia atmosferycznego za pomocą układu mieszkowego. Zegar Atmos , jeden z przykładów, wykorzystuje wahadło torsyjne z długim okresem oscylacji wynoszącym 60 sekund.

Wychwyt

Główny artykuł: Ucieczka
Animacja wychwytu kotwicy , jednego z najpowszechniejszych wychwytów stosowanych w zegarach wahadłowych

Wychwyt to mechaniczne połączenie, które przekształca siłę z mechanizmu koła zegara w impulsy, które utrzymują wahadło w ruchu do przodu i do tyłu. Jest to część, która wydaje dźwięk „tykania” pracującego zegara wahadłowego. Większość wychwytów składa się z koła ze spiczastymi zębami zwanym kołem ratunkowym , które jest obracane przez układ kół zegara, oraz powierzchni, na które naciskane są zęby, zwanych paletami . Podczas większości wychylenia wahadła koło nie może się obracać, ponieważ ząb opiera się o jedną z palet; nazywa się to stanem „zablokowanym”. Każde wychylenie wahadła palety zwalnia ząb koła wychwytowego. Koło obraca się do przodu o stałą wartość, aż ząb zahaczy o drugą paletę. Zwolnienia te pozwalają zestawowi kół zegara przesuwać się o stałą wartość przy każdym zamachu, przesuwając wskazówki do przodu ze stałą szybkością, kontrolowaną przez wahadło.

Chociaż wychwyt jest konieczny, jego siła zakłóca naturalny ruch wahadła, aw precyzyjnych zegarach wahadłowych często był to czynnik ograniczający dokładność zegara. Przez lata w zegarach wahadłowych stosowano różne wychwyty, próbując rozwiązać ten problem. W XVIII i XIX wieku projektowanie wychwytów znajdowało się na czele postępów w mierzeniu czasu. Wychwyt kotwicy (patrz animacja) był standardowym wychwytem używanym do XIX wieku, kiedy to ulepszona wersja, wychwyt martwego rytmu, przejęła rolę w precyzyjnych zegarach. Obecnie jest używany w prawie wszystkich zegarach wahadłowych. remontowy _ , mały mechanizm sprężynowy przewijany w odstępach, który służy do izolowania wychwytu od zmieniającej się siły koła, był używany w kilku precyzyjnych zegarach. W zegarach wieżowych układ kół musi obracać duże wskazówki na tarczy zegara na zewnątrz budynku, a ciężar tych wskazówek, zmieniający się wraz z gromadzeniem się śniegu i lodu, powoduje zmienne obciążenie układu kół. W zegarach wieżowych zastosowano wychwyty grawitacyjne .

regulatorami astronomicznymi , stosowano wyspecjalizowane wychwyty , które były wykorzystywane w obserwatoriach morskich i do badań naukowych. Wychwyt Rieflera, używany w zegarach regulacyjnych Clemensa-Rieflera, był dokładny do 10 milisekund dziennie. Wychwyty elektromagnetyczne, które wykorzystywały przełącznik lub fototubę do włączania elektromagnesu solenoidu aby nadać wahadłu impuls bez konieczności mechanicznego połączenia, zostały opracowane. Najdokładniejszym zegarem wahadłowym był zegar Shortt-Synchronome, skomplikowany zegar elektromechaniczny z dwoma wahadłami opracowany w 1923 roku przez WH Shortta i Franka Hope-Jonesa , co było dokładnością lepszą niż jedna sekunda na rok. Wahadło podrzędne w oddzielnym zegarze było połączone obwodem elektrycznym i elektromagnesami z wahadłem głównym w zbiorniku próżniowym. Wahadło podrzędne pełniło funkcje pomiaru czasu, pozostawiając wahadło główne w zasadzie niezakłócone wpływami zewnętrznymi. W latach dwudziestych XX wieku Shortt-Synchronome na krótko stał się najwyższym standardem pomiaru czasu w obserwatoriach, zanim zegary kwarcowe zastąpiły zegary wahadłowe jako precyzyjne standardy czasu.

Wskazanie czasu

Systemem wskazań jest prawie zawsze tradycyjna tarcza z ruchomymi wskazówkami godzinową i minutową. Wiele zegarów ma małą trzecią wskazówkę wskazującą sekundy na tarczy pomocniczej. Zegary wahadłowe są zwykle zaprojektowane do ustawiania przez otwarcie szklanej osłony tarczy i ręczne przesuwanie wskazówki minutowej wokół tarczy do właściwego czasu. Wskazówka minutowa jest zamontowana na ślizgowej tulei ciernej, która umożliwia obracanie jej na trzpieniu. Wskazówka godzinowa jest napędzana nie z koła , ale z wału wskazówki minutowej przez mały zestaw kół zębatych, więc ręczne obracanie wskazówki minutowej ustawia również wskazówkę godzinową.

Style

Roczny niemiecki zegar regulacyjny. około 1850 r

Zegary wahadłowe były czymś więcej niż tylko utylitarnymi chronometrażystami; ze względu na wysoki koszt były symbolami statusu , które wyrażały bogactwo i kulturę ich właścicieli. Ewoluowały w wielu tradycyjnych stylach, charakterystycznych dla różnych krajów i czasów, a także ich przeznaczenia. Style obudów w pewnym stopniu odzwierciedlają style mebli popularne w tym okresie. Eksperci często potrafią określić, kiedy antyczny zegar został wykonany w ciągu kilku dekad, dzięki subtelnym różnicom w ich obudowach i tarczach. Oto niektóre z różnych stylów zegarów wahadłowych:

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendulum_clock&oldid=1136276088 ”