Πώς λειτουργεί ένα ρολόι με εκκρεμές;

Ένα ρολόι εκκρεμούς είναι ένα ρολόι που χρησιμοποιεί ένα εκκρεμές, ένα ταλαντευόμενο βάρος, ως στοιχείο μέτρησής του. Το εκκρεμές ταλαντεύεται εμπρός και πίσω, και το ρολόι χρησιμοποιεί την αιώρηση του εκκρεμούς για να διατηρεί ακριβή την ώρα. Το ρολόι έχει ένα βάρος που πέφτει αργά και η αιώρηση του εκκρεμούς ελέγχει την ταχύτητα της πτώσης του βάρους. Το ρολόι έχει επίσης δεύτερο δείκτη, ο οποίος κινείται με γρανάζια, που κρατούν όλες τις βελόνες συγχρονισμένες. Το ρολόι κάνει έναν ήχο τικ επειδή η ταλάντευση του εκκρεμούς κλειδώνει και ξεκλειδώνει τα γρανάζια του ρολογιού.

Ως παιδί, συχνά αναρωτιόμουν πώς τα ρολόγια με εκκρεμές κατάφερναν να συνεχίσουν να ταλαντεύονται μπρος-πίσω για τόσο καιρό. «Πρέπει να έχουν πολύ ισχυρές μπαταρίες», σκέφτηκα, «λαμβάνοντας υπόψη ότι έχουν ένα τόσο τεράστιο εκκρεμές για να αιωρούνται μέρα μέσα και έξω».

Λίγο ήξερα τότε, αλλά τα ρολόγια εκκρεμούς δεν χρειάζονται καθόλου μπαταρίες! Και το ίδιο το εκκρεμές; Μπορεί να φαίνεται σαν να κάνει ρελαντί, χωρίς να εξυπηρετεί κανέναν πραγματικό σκοπό καθώς ταλαντεύεται πέρα ​​δώθε, αλλά αυτή η δράση είναι στην πραγματικότητα που κρατά το ρολόι ακριβές στο δευτερόλεπτο.

Ρολόι εκκρεμούς

Photo Credit :Tillottama / Shutterstock

Σχεδόν σίγουρα έχετε δει ρολόγια εκκρεμούς σε ταινίες, τηλεοπτικές εκπομπές, μουσεία ή ακόμα και στο σπίτι κάποιου, δεδομένης της μεγάλης διακοσμητικής τους αξίας. Ακόμα κι αν δεν έχετε δει ένα, θα μπορούσατε να αναγνωρίσετε ένα ρολόι εκκρεμούς με μια μόνο ματιά. Το πιο βασικό και αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό ενός ρολογιού με εκκρεμές υπονοείται στο όνομα - ένα εκκρεμές - το οποίο είναι ένα ταλαντευόμενο βάρος που λειτουργεί ως στοιχείο μέτρησης του χρόνου του ρολογιού.

Σε αντίθεση με τα σύγχρονα ρολόγια, τα οποία αποτελούνται από ηλεκτρικά ή ηλεκτρονικά μέρη και τροφοδοτούνται από μπαταρίες, τα ρολόγια εκκρεμούς αποτελούνται μόνο από μηχανικά μέρη που λειτουργούν σε απόλυτη αρμονία για να λένε την ακριβή ώρα.

Μέσα σε ένα ρολόι με εκκρεμές

Μέρη ενός ρολογιού με εκκρεμές

Μέρη ενός ρολογιού με εκκρεμές

Κάθε μηχανικό εκκρεμές αποτελείται από μερικά βασικά εξαρτήματα:

1. Ένα βάρος σε ένα κορδόνι που περιστρέφει μια τροχαλία ή ένα κύριο ελατήριο
2. Μια διαφυγή (ή μια άγκυρα) που δίνει συγχρονισμένες ωθήσεις στο εκκρεμές για να το κρατήσει να αιωρείται
3. Μια σειρά γραναζιών για τη ρύθμιση της ταχύτητας ισχύος που θα χρησιμοποιηθεί από το εκκρεμές
4. Ένα σετ εργαλείων διατήρησης χρόνου για να μετακινήσετε τις διάφορες βελόνες
5. Ένα εκκρεμές, δηλαδή ένα βαρίδι που συνδέεται σε μια ράβδο
6. Ένα καντράν ή μια πρόσοψη ρολογιού που εμφανίζει την ώρα μέσω βελόνων και αριθμών

Λειτουργία ενός ρολογιού εκκρεμούς

Εάν παρακολουθήσατε ένα ή δύο μάθημα επιστήμης στο γυμνάσιο, ξέρετε ότι η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη. Αυτή είναι η ίδια αρχή με την οποία λειτουργεί κάθε ρολόι με εκκρεμές στη Γη.

Μια λαστιχένια μπάλα, όταν κρατιέται σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από το έδαφος, έχει μια ορισμένη ποσότητα δυναμικής ενέργειας, η οποία μετατρέπεται γρήγορα σε κινητική ενέργεια αφού πέσει.

Ομοίως, σε ένα ρολόι εκκρεμούς, ένα βάρος που συνδέεται με μια χορδή πέφτει σταθερά (αν και πολύ αργά) και η δυναμική του ενέργεια είναι αυτή που τροφοδοτεί τα γρανάζια, τα οποία με τη σειρά τους τραβούν τον άξονα που οδηγεί το δεύτερο χέρι. Το δεύτερο χέρι είναι εγκατεστημένο σε άξονα που κινείται με γρανάζια μέτρησης χρόνου. Ο σκοπός αυτής της ρύθμισης είναι να παραμείνουν συγχρονισμένες όλες οι βελόνες. Με άλλα λόγια, η λεπτή βελόνα μετακινείται μία θέση προς τα δεξιά όταν η δεύτερη βελόνα συμπληρώνει 60 κινήσεις. Ομοίως, η βελόνα των λεπτών κινεί τον ωροδείκτη στο 1/60 της ταχύτητάς του.

Παρατηρήστε πώς το βάρος πέφτει συνεχώς καθώς η διαφυγή κλειδώνει και ξεκλειδώνει (Πιστωτική εικόνα :Charles Sol / Youtube)

Ωστόσο, δεδομένου ότι εργάζεστε με ένα βάρος που πέφτει, πρέπει να ελέγξετε την πτώση του με κάποιο τρόπο. Εάν όχι, το βάρος θα πέσει γρήγορα λόγω της δύναμης της βαρύτητας, κάνοντας τη δεύτερη βελόνα να κινείται πολύ γρήγορα. Εδώ μπαίνει το εκκρεμές. Όταν ταλαντεύεται, κουνάει έναν μοχλό (διαφυγή), που κάνει τους συρμούς ταχυτήτων να κινούνται προς τα εμπρός πολύ λίγο με κάθε ταλάντευση. Με άλλα λόγια, η διαφυγή κλειδώνει και ξεκλειδώνει τον μηχανισμό ελέγχου (γρανάζι) για να αφήσει το βάρος να «ξεφύγει» ή να πέσει μία φορά το δευτερόλεπτο. Είναι αυτό το κλείδωμα και το ξεκλείδωμα του μηχανισμού μετάδοσης από τη διαφυγή που παράγει το χαρακτηριστικό tic-tock ήχος που όλοι έχουμε συνδέσει γενικά με τα ρολόγια.

Μόλις το βάρος πέσει σε όλο το ύψος, πρέπει να τυλιχτεί πίσω στην αρχική του θέση. Ο χρόνος που απαιτείται για την περιέλιξη ενός ρολογιού με εκκρεμές ποικίλλει ανάλογα με τον εσωτερικό σχεδιασμό του. Για παράδειγμα, ένα ρολόι με μεγαλύτερο βάρος μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερη δυναμική ενέργεια και επομένως μπορεί να λειτουργήσει περισσότερο από ένα ελαφρύ ρολόι προτού απαιτηθεί οποιαδήποτε περιέλιξη. Υπάρχουν ορισμένες παραλλαγές ρολογιών εκκρεμούς, όπως το εύστοχα ονομαζόμενο ρολόι 400 ημερών ή ρολόι επετείου, το οποίο λειτουργεί για ένα χρόνο πριν χρειαστεί να ξανατυλιχθεί.

Ρολόι επετείου εκκρεμούς στρέψης Haller. τρέχει για 365 ημέρες σε μία περιέλιξη (Πιστωτική φωτογραφία :Wikipedia.org)

Ενώ αυτά τα ρολόγια μπορεί να έχουν χάσει τη δημοτικότητά τους μπροστά σε πιο κομψά και εξελιγμένα σύγχρονα ρολόγια, δεν εξαρτώνται ούτε από μπαταρίες ούτε από ηλεκτρική ενέργεια (σε αντίθεση με όλα σχεδόν τα σύγχρονα ρολόγια), ωστόσο είναι απίστευτα ακριβή. Τα ρολόγια εκκρεμούς είναι αναμφίβολα ένα από τα πιο εκπληκτικά και εντελώς ανεκτίμητα μηχανικά θαύματα που έχει δημιουργήσει ποτέ ο άνθρωπος.