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摆钟是如何工作的?图解其工作原理

时间:2020-03-17 11:00:46 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读
我不知道你是否发现我们生活中有许多有趣的现象。例如,当观看音乐会时,成千上万的人会随着音乐的声音左右摇摆。在夏天,许多萤火虫会在夜间同时发光和熄灭。还有一片森林将同时开花。甚至有人说,女人在一起的时间越长,她们的时间就会和她们的姑婆的时间同步。事实上,这些规律现象是同步现象。



也通过科学实验证明了这一现象的存在。如果许多节拍器被放在一块挂板上,随意左右移动,节拍器就会从最初的混乱状态摆动到最后的同步状态。这个实验是摆动的同步现象。



也在摆动。另一个现象是摆动的同步性。我们生活中使用的钟摆是由摆动的同步性构成的


钟摆是最早能够精确计时的时钟之一。钟摆是根据单摆定律制造的。它自诞生以来已经有300多年的历史了,许多家庭至今仍在使用它。

图片来源:pixabi


钟摆的同步


人们在日常生活和生产中发现,物体在摆动中的循环是有规律的。用绳子吊住物体后,物体在受到推力后会反复左右摆动,这就是单摆。


物体在摆动过程中,会由于物体上的推力不一样,所以物体摆动的幅度会不同,如果物体上的推力大,摆动幅度就会大,如果推力小,摆动幅度就会小


当物体摆动到一侧最高点时,会在重力的影响下向后摆动。当到达最低位置时,物体不会由于运动的惯性而停止,而是会越过最低点并在另一侧摆动到最高位置,在重力的作用下加速停止,然后再摆动回来,物体将在两个高点之间来回摆动


在摆绳一样长的前提下,完成一次摆动的时间完全相同,这与物体本身的重量和左右摆动的幅度无关。也就是说,同样的物体需要同样的时间摆动一周,不管你施加的推力是大还是小。这就是钟摆的等时性,正是因为钟摆的等时性,它才具有计时能力



钟摆发展


古代人从自然现象中发现了许多反复出现的规律,如太阳的升起和落下、月亮亮度和亮度的变化以及四季的变化,因此人们开始用这些规律来计时,但这些计时方法并不十分准确。


随着科学技术的发展,时间的测量朝着一个准确的起点发展。它始于17世纪,当时意大利天文学家伽利略在教堂里意外地发现,一阵风过后,挂在教堂屋顶上的灯开始左右摇摆。随着时间的推移,能量变得越来越少,灯光的摆动幅度变得越来越小。

伽利略用他的脉冲来测量灯单次摆动所需的时间。经过多次实验,伽利略发现无论摆动的幅度如何,一次摆动所用的时间都是一样的,这也为后来人们发明钟摆奠定了理论基础。



1657,荷兰惠更斯根据伽利略提出的钟摆的等时性,提出了单摆的计算公式,并成功地制造了世界上第一个钟摆钟,这也极大地促进了航海业和计时系统的发展。


之后,钟摆钟经历了许多改进。报时的方法也从通常的机械报时转变为部分使用电子放大报时。钟摆钟,一种独特的计时工具,也一直沿用至今。



钟摆结构


钟摆主要由钟摆、擒纵机构、刻度盘和指针组成,它们之间的精确协调操作保证了整个钟摆计时的准确性。


整个钟摆最核心的机构是擒纵机构,它是一种用于机械能传递的开关装置。所谓的擒纵机构是相应的离合机构,擒纵轮主要由擒纵叉控制转动,以指示准确的时间。



摆钟的工作原理


摆钟的工作原理是让齿轮以恒定的速度运转,一堆齿轮以交错的方式嵌在钟内,专门负责计算经过了多少秒,然后将它们转换成分钟和小时,并显示在表盘上,供人们观看


钟摆主要利用钟摆的等时性,还巧妙地利用齿轮和擒纵机构的组合,利用每个钟摆所占用的相同时间来控制擒纵机构交替上下齿轮,这也是我们听到钟摆滴答作响的原因。


擒纵机构的主要功能是,当摆锤向右摆动时,驱动擒纵叉向右旋转以捕获(闭合)旋转的擒纵轮,当摆锤向左摆动时,驱动擒纵叉向左旋转。此时,右侧的擒纵叉释放(打开)擒纵轮,左侧的擒纵叉再次抓住擒纵轮,因此整个擒纵机构来回运行。

擒纵轮用作储能装置,为摆提供动力。当擒纵轮向前转动时,秒针将在时钟表面上精确地一秒钟移动一米。这就是钟摆的作用。擒纵轮的旋转驱动摆,并通过齿轮驱动秒针、分针和时针旋转计时。我们生活中的


,比如节拍器,可以用来计时。使用单摆计时的优点是有规律的,但它也有难以携带和占用空间的缺点。然而,钟摆钟也是20世纪30年代以前世界上最精确的计时工具,并为人类精确计时做出了贡献。


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