Contenu
- À l’intérieur d’une horloge analogique
- Pendules: la première horloge moderne
- Un regard à l'intérieur d'une horloge analogique
- Montres analogiques à ressort
- Horloges à quartz à piles
- Une note finale sur les horloges atomiques
Les horloges peuvent être divisées en deux grandes catégories en fonction de la manière dont elles affichent les informations.
Analogique, aka mécanique, les horloges utilisent des aiguilles mobiles pour indiquer l’heure actuelle. Numérique les horloges, en revanche, affichent l'heure sous forme d'un ensemble de chiffres, généralement via un écran LCD ou un autre écran électronique.
(Il est techniquement possible d’avoir une horloge électronique avec un affichage analogique, mais c’est très rare - nous traiterons analogique et mécanique comme synonymes.)
À l’intérieur d’une horloge analogique
Chaque horloge a besoin de trois parties fondamentales:
Dans les termes les plus élémentaires, une horloge est un appareil qui utilise énergie à afficher temps, réglementé par un chronométrage mécanisme.
Considérons un sablier rempli de sable - une horloge analogique très simple. Ses énergie la source est l’attraction de la gravité, sa afficher est la quantité de sable retenue dans chaque moitié et son chronométrage mécanisme est la vitesse relativement constante à laquelle le sable s'écoule à travers la petite ouverture entre les deux moitiés.
Dans des horloges analogiques plus sophistiquées, les trois parties fondamentales sont connectées via des engrenages, des poulies et d'autres systèmes mécaniques.
Dans les horloges modernes, les composants mécaniques peuvent être remplacés par des fils et des courants électriques. Il existe plus de configurations possibles que nous ne pourrions jamais en couvrir, alors examinons de plus près un type particulier d’horloge.
Pendules: la première horloge moderne
Les pendules à pendule sont sans doute les premières horloges modernes.
Vous vous en souviendrez, un pendule est un poids suspendu à un point fixe et permettant de pivoter - vous pouvez en fabriquer un simple en suspendant une paire d’écouteurs.
Au tournant du XVIIe siècle, les expériences de physique du scientifique italien Galileo Galilei l’ont amené à découvrir cette caractéristique unique des pendules: toujours prenez le même temps pour terminer votre journée.
Cela est vrai même lorsque la résistance de l'air et d'autres facteurs réduisent lentement la distance parcourue par un pendule à chaque coup, jusqu'au moment où il s'arrête.
Il a immédiatement reconnu le potentiel des pendules pour le chronométrage dans un mécanisme d'horloge, mais ce n'est qu'en 1656 que le scientifique néerlandais Christiaan Huygens, inspiré par le travail de Galilée, a conçu une horloge à pendule fonctionnelle.
Huygens n’ayant pas les compétences nécessaires pour mettre en œuvre son projet, il a donc embauché l’horloger professionnel Salomon Coster pour le construire.
Un regard à l'intérieur d'une horloge analogique
Examinons le fonctionnement des horloges à pendule en fonction de la ventilation en trois parties (mécanisme de chronométrage, source d’énergie et affichage) que nous avons utilisées ci-dessus.
Source d'énergie: Comme un sablier, les premières horloges à pendule utilisaient la gravité pour générer de l’énergie à travers un système de poids suspendus à des poulies. Tourner une clé «remonterait» l'horloge en soulevant les poids et en stockant l'énergie potentielle en maintenant les poids contre la gravité.
Mécanisme de chronométrage: Un pendule et un composant appelé un échappement réguler la vitesse à laquelle l'énergie des poids est libérée. L'échappement comprend une roue crantée qui garantit qu'il ne peut se déplacer que par étapes discrètes, ou «ticks».
Chaque balancement terminé du pendule libère un tic-tac sur l'échappement, ce qui permet aux poids de tomber un tout petit peu.
Afficher: Les aiguilles de l'horloge sont reliées par un train d'engrenages au reste du mécanisme.
Lorsque l'échappement libère un tic-tac d'énergie, les engrenages tournent et les aiguilles bougent la bonne quantité.
Si vous supposez un pendule d'une seconde, ce qui était courant dans les conceptions ultérieures, chaque tick finit par déplacer l'aiguille des secondes exactement à 1/60 du tour de l'horloge.
Dans les termes les plus simples: énergie est stocké en utilisant des poids élevés, puis libéré à un taux précis par chronométrage mécanisme pendulaire, qui tourne les mains du afficher pour afficher l'heure actuelle.
Montres analogiques à ressort
Vous avez peut-être pensé qu'un pendule ne fonctionnerait pas dans une montre qui se déplace constamment.
Au lieu de cela, les montres mécaniques utilisent ressorts et balanciers. Les horloges à ressort datent d’environ 200 ans, mais étaient beaucoup moins précises.
Le ressort est serré pour stocker énergie. Le balancier est un disque spécialement pondéré; une fois mis en mouvement, il tourne en arrière à un taux régulier pour agir en tant que chronométrage mécanisme.
Horloges à quartz à piles
Aujourd’hui, les horloges les plus courantes sont les horloges à quartz, nommées pour leur chronométrage mécanisme.
Les cristaux de quartz sont piézoélectrique: si vous faites passer un courant électrique à travers eux, ils vibrent à un taux spécifique. Remarquez une tendance? Presque tous les processus avec un taux spécifique peuvent servir de mécanisme de chronométrage.
Une horloge moderne typique alimentée par batterie est un minuscule courant électrique traversant un cristal de quartz, qui est placé dans un circuit qui agit comme un échappement: elle libère de petites quantités d’électricité de la batterie à intervalles réguliers dictés par la vibration du quartz.
Chaque coup régulier d'électricité alimente un moteur pour déplacer des aiguilles analogiques ou contrôle la sortie sur un écran numérique.
Une note finale sur les horloges atomiques
Vous avez peut-être vu ou entendu parler d'une horloge atomique.
Elles sont presque entièrement numériques, nous n’entrerons donc pas dans les détails, mais leur principe de fonctionnement est identique à celui des horloges ci-dessus. La grande différence réside dans leur chronométrage: ils sont construits autour d'un mécanisme qui mesure la vitesse précise à laquelle les atomes de césium libèrent de l'énergie après avoir été «excités» par les ondes radio.
Le Système international d'unités a normalisé sa définition d'une seconde sur les propriétés du césium en 1967, et il est resté la norme depuis.