Az ingaóra

Látjuk antik boltokban, múzeumokban vagy stilizáltan, de mintha az eredeti báj nélkül is, a modern órák között, kvarckristály által koordinálva, kirakatokból. Szeretné megismerni az ingaóra történetét? Merüljön el az olvasásban a cikk elolvasásával.

Bár a 21. században a belsőépítészet művészete már nem tulajdonít jelentőséget az inának, vajon milyen egyszerűbb módja van az elmúlt évszázadok atmoszférájának helyreállítására egy otthonban, mint egy ilyen óra felszerelésével? Tisztán dekoratív szerepük mellett ezek a hangszerek az idő múlásával mindig magukkal viszik annak rendkívüli leleményességét, aki elképzelte és tökéletesítette őket az idő múlásával. Tudja meg, hogyan alakult ki és hogyan működik az ingaóra.

Rövid történelem

1656-ban Christiaan Huygens holland tudós megépítette az első ingaórát, állandó és önfenntartó oszcillációs periódust alkalmazó inga mechanizmussal. Az ingaóra fogalmát azonban Galileo Galileinek tulajdonítják, aki 1582 óta tanulmányozta az inga mozgását. Rajzolt még egy ingaóra vázlatát is (Wikimedia.org), amelyet nem sikerült megépítenie. élete során. Az első Huygens által épített órák hibája napi körülbelül egy perc volt, ami rendkívüli teljesítményt jelentett azokra az időkre. Huygens későbbi fejlesztései kevesebb, mint napi 10 másodpercre csökkentik a hibákat.

Az inga oszcillátorként. Mit jelent az oszcilláló mozgás és hogyan tartható fenn ?

Az óra inga az egyik leggyakoribb és leggyakoribb oszcillátor, amit valaha elképzeltek. Ha egy kezdeti impulzust alkalmazunk egy ingára, akkor ugyanazzal a frekvenciával oszcillál (vagyis bizonyos időközönként bizonyos számú alkalommal végrehajtja a "gyere és megy" mozgást), függetlenül az eredetileg kinyomtatott rezgési mozgás amplitúdójától., (bárki ellenőrizheti a fentieket egy inga felépítésével, mint az alábbi ábrán, és megszámolja az inga perzsa oszcillációs amplitúdókra adott teljes ütéseit). Az inga hossza az a fő változó, amellyel az oszcillációs frekvencia szabályozható. Kiszámolták, hogy viszonylag kis amplitúdók esetén az oszcilláció periódusa megközelíthető a képlettel

ahol T a rezgés periódusa, l-az inga hossza és g-a gravitációs állandó. Tehát ennek a számítási képletnek a felhasználásával megtervezhetünk egy 1 másodperc vagy 2 másodperces oszcillációs periódust tartalmazó ingát.

Ahhoz, hogy egy tárgy oszcilláljon, szükség van arra, hogy egy bizonyos mennyiségű energia ismételten átjusson az egyik formáról a másikra. Az inga esetében az energia a potenciális energiából (a löket végén) állandóan átalakul kinetikus energiává (a mozgási ciklus közepén). Az energia ezen két formája közötti ismételt és folyamatos átalakulás rezgést generál. A probléma az, hogy bármely mechanikus oszcillátor fokozatosan elveszíti az energiát a levegővel való súrlódás miatt, ami végül leállítja azt. Meg kell találni a módot az oszcilláló mozgás fenntartására úgy, hogy az egyes mozgási ciklusokhoz kis mennyiségű energiát adunk az inga mozgási energiájához. Az ingaóra-tervezők által elképzelt mechanizmus egy kis extra lendületet ad az inga minden egyes ütemnél, hogy ellensúlyozza a súrlódás okozta veszteségeket.

Az ingaóra alkatrészei

Kívülről nézve az ingaóra a következőkből áll:

• Elöl, az órákat és perceket feltüntetőkkel;
• Egy vagy több súly;
• inga.

• fogaskerék-mechanizmus, amely meghajtja az óra kezét;
• egy úgynevezett horgony, amelynek szerepét egy kicsit később részletezzük.

Lássuk, hogyan hatnak ezek az alkotóelemek az idő pontos mérésére és jelzésére.

Működési mechanizmus

A súly vagy a súlyok, ha vannak ilyenek, az óra energiatartálya, amely emberi beavatkozás nélkül megkönnyíti annak működését hosszabb ideig. Az ingaóra "fordulata" a súlyokat nagyobb magasságban helyezi át, így nagyobb potenciális energiát ad nekik a Föld gravitációs mezője miatt. A súly csökkenésével ezt a potenciális energiát az óramechanizmusok felhasználják az inga rezgő mozgásának fenntartására, amint az alább látható.

Ha egy óra kezdetleges modelljét képzelnénk el, amelyet egy súly mozgásba hoz, akkor az az alábbinak nézne ki. A súlyt egy dobhoz rögzítenénk, amelyhez egy tűt (nyelvet) szerelünk fel, amellyel a másodperceket szeretnénk feltüntetni. Természetesen a súly elengedésével a dob forgási periódusa túl rövid lenne a célunk eléréséhez, de folytathatnánk a fantázia gyakorlását azzal, hogy mentálisan képviselünk egy olyan eszközt, amely hangsúlyozza a dob és a húr közötti súrlódást a forgás lassítása érdekében. De továbbra is a közelítő órásmesterek barátságtalan világában maradnánk. És ez azért van, mert a súrlódás a légkör hőmérsékletétől és páratartalmától függ. Rögzített mérföldkőre volt szükség, és itt Christiaan Huygens holland csillagász lépett közbe, és javasolta az inga használatát.

Mint korábban mondtam, az inga rezgési periódusa csak a gravitációs állandótól és az inga hosszától függ. Kísérletileg megfigyelhető, hogy mi következik a matematikai számításokból, nevezetesen, hogy a hozzákapcsolt súlyok és a nyomtatott oszcillációs mozgás amplitúdója nem befolyásolják az oszcilláció periódusát. Huygens így talált egy állandó utalást, amelyre nagyon pontosan meg tudta mérni az időt. A következő ugrást úgy képviseltük, hogy elképzeltük azt a mechanizmust, amellyel meg lehet mérni a súlyt az inga tulajdonságainak felhasználásával, miközben megtartjuk annak rezgését.

A cél az volt, hogy az ingának a test leesésével felszabaduló energiáját apró "adagokban" és kedvező pillanatokban továbbítsák, hogy fenntartsák rezgéseit. A rezgések fenntartása automatikusan megtörténik, mert maga az inga szabályozza a test leesésével felszabaduló energia átadását. (Ezért használják az ingaórát a fizikában egy önhordó mechanikus oszcillátor példaként). A rezgések önfenntartása egy nagyon ötletes mechanizmus segítségével volt lehetséges, amelyet sematikusan mutatunk be a fenti kép segítségével, amely a következőkből áll:

• lánckerék, cserélje ki a dobot az előző ábrán (1)
• még (2)
• horgony kiemelkedések (3)

Tehát itt vagyunk azon a ponton, ahol használhatunk egy ingát az oszcilláció periódusával (az az idő eltelt, amíg az inga visszatér oda, ahol abbahagyta, tehát az az intervallum, amelyben befejezi a ciklust "jöjjön") 2 másodperc (ami veri a másodikat) egy olyan sebességfokozat meghajtására, amely az óra második kezét mozgatja. A megfelelő működéshez 120 fogas fogaskereket kell használnunk. A következő probléma az lesz, hogy a súly túl gyorsan esik a talajra, ezért kell elképzelni egy sebességváltót, amely lelassítja a súly mozgását. Ezt rendkívül könnyű megtenni, ha több különböző méretű fogaskereket egymás után rögzítenek. Az ilyen fogaskerék-fogaskerekek segítségével úgy állíthatjuk be a fogaskerék különböző alkatrészeinek forgási idejét, hogy olyan kerekeink legyenek, amelyek forgási periódusai megfelelnek a percnek, illetve az órának. Ezek a kerekek állítják be az időzítőt, illetve az órát. Azt is hozzá kell tenni, hogy az óra felszereléséhez az egyik fogaskereket ideiglenesen le kell tudni szerelni a fogaskerékről (pontosan mi történik, ha karórát illesztünk). Hasonló dolog történik az ingaóra beállításakor.

Végül rövid összefoglalásként felidézem az ingaóra lényeges elemeit:

• a súlyt;
• fogaskerék és lánckerék, amelyek szabályozzák a fogyást;
• az óramutatók mozgását vezérlő fogaskerék és fogaskerék;
• horgony;
• az óra beállító mechanizmusa, amely magában foglalja a nyelveket vezérlő fogaskerék ideiglenes deaktiválását, lehetővé téve azok mozgatását az összes sebességfokozat meghajtása nélkül.

---