擺鐘的工作原理

2021-02-24 格致集團理科資優生工作室

先來段視頻~


這就是擺鐘的內部結構，我們實驗室裡也有模擬的擺鐘模型。

那麼簡單講解一下，擺鐘的工作原理，不僅僅依靠了我們剛剛學習過的單擺的等時性，還巧妙的運用到了棘輪和擒縱器所構成的擒縱結構，最後由棘輪帶動其他齒輪轉動，從而帶動指針轉動。（下圖就是擒縱結構的示意圖）


先來說說運用到的第一個原理，也就是擺的等時性，我們知道單擺的周期公式為


也就是說，單擺一次全振動的周期只和擺長以及當地的重力加速度有關。

因此，利用等時性，讓擺控制擒縱叉，從而控制了棘輪可以在相等的時間內轉過相同的角度，當然，這也是為什麼我們可以一直聽到滴答滴答聲音的原因。


然而，由於阻力的存在，對於一個單擺來說，終究會有停下的時候。然而，鐘擺卻可以始終不停止的擺動著，其原因也在於擒縱裝置。（看下面模擬的動圖）


我們可以看到，棘輪上有一個小螺帽，在下降，它的作用是什麼？很明顯，為了提供動力。（當然，提供動力的裝置有很多種，可以是發條，可以是電動等等）

現在，重點講解下擒縱裝置。

棘輪實際上是在動力的帶動下轉動的，上方的齒輪推開擒縱叉上方的棘爪，使棘輪轉過一個角度，同時單擺進行半次全振動，使擒縱叉下方的棘爪轉過來擋住了棘輪的去路。


再接下來，由於重力作用，單擺往回進行剩下的半次全振動，使擒縱叉上方的棘爪再一次擋住棘輪的轉動。


之後，棘輪又一次在動力的帶動下，推開上方的棘爪……此處省略無數字。

1657年，荷蘭物理學家和天文學家C.惠更斯利用擺的等時性原理和巧妙的設計，一個擺鐘就誕生了。後經不斷改進，沿用至今。這裡紀念一下。

那麼問題來了，對於一個擺鐘來說，改變它的擺長或者拿到火星、月球上使用會出現什麼情況呢？很顯然，這個擺鐘時間的顯示顯然就會發生錯誤。所以擺鐘所指的時間與單擺的周期之間到底是什麼關係？

通過觀察，我們可以很容易發現，棘輪想要轉過一周，與單擺擺動的次數是有很大的關係的。單擺全振動一次，棘輪才可以轉過一定的角度。因此我們假設，單擺經過N次全振動，棘輪轉過一周，那麼棘輪的周期T』=N·T（T為單擺的周期）

因此，如果原來單擺周期為T1，通過某些因素變化為了T2

那麼擺鐘指針原來轉一圈所用時間為T，也就相應的變化為了T·（T2/T1）


（還好~競賽課之前趕出來了~~後面配圖少了見諒哈...）


相關焦點

  • 擺鐘工作原理
    擺鐘工作原理1. 引言 2. 擺鐘部件 3. 鍾錘 4.事實上，了解時鐘工作原理時，您可以想像時鐘設計者們是如何面對和解決大量有趣的問題，並設計出準確的計時設備的。本文將幫助您了解是什麼使時鐘發出嘀嗒聲，所以下次看到時鐘內部結構時您就會明白一切了。 擺鐘部件從1656年起，人們便開始使用擺鐘計時了，但是此後擺鐘的發展一直沒有太大的變化。擺鐘是第一款具有一定精確度的時鐘。
  • 擺鐘工作原理-電子發燒友網
    打開APP 擺鐘工作原理 佚名 發表於 2011-09-02 09:32:06 擺鐘的工作原理
  • 擺鐘原理
    導讀：在現代生活中，幾乎很少見到擺鐘的身影了，但是早些年前大多數鍾都是擺鐘，擺鐘的實現其實是蘊含著一定的物理知識的，本文就為大家詳細介紹擺鐘原理。
  • 擺鐘是如何工作的,圖解其工作原理
    而同樣是擺動，還有一種現象就是擺動的等時性，我們生活中所使用的擺鐘就是利用擺動的等時性製成的。擺鐘是最早能夠精確計時的一種時鐘，擺鐘是根據單擺的定律製造而成的，誕生後至今已有三百多年的歷史，今天還有很多家庭仍在使用。
  • 電晶體電擺鐘,工作原理闡釋,揭開無電也能工作半分鐘的奧秘
    前面連續寫了多篇文章，介紹偶然在倉庫發現的這臺電擺鐘。我第一次見這種鐘錶，很是好奇，發出來後眾多網友參與留言，進行了熱烈討論，也給予了很多補充，原理基本揭曉。該鐘表系第一代電晶體擺輪遊絲電子擺鐘，從機芯上電容器生產日期80.5，確定該鐘表1980年生產的。鐘錶正面如下。
  • 《奇蹟暖暖》擺鐘紀錄時間利用的原理答案
    導 讀 擺鐘紀錄時間利用的原理主要是什麼？奇蹟暖暖鐘樓幻影題目和答案目前已經正式更新了！不少小夥伴們都非常的關注本次活動的答案是什麼？下面是正確答案哦！
  • 擺鐘記錄時間利用的原理主要是什麼 奇蹟暖暖鐘樓幻影答案
    導 讀 奇蹟暖暖幻影鐘樓活動是目前遊戲中最熱門的活動，擺鐘記錄時間利用的原理主要是什麼？
  • 偶然在倉庫中發現的電晶體擺鐘,拆解高清圖,電路圖原理分析
    前面發文介紹過，偶然在倉庫中發現的一臺電晶體遊絲擺鐘。我是第一次見這種機芯的電子掛鍾，很是好奇，發文讓網友也開開眼，結果很多網友回帖，從中學到不少知識。原來這是第一代電晶體遊絲擺鐘，產自上世紀80-90年代，走時精度略差，用電池提供能量，代替傳統的發條存儲能量的掛鍾。
  • 擺鐘與指南針的發明
    大家好，歡迎收看我的百家號親密愛人啊，今天小編要給大家的介紹的是擺鐘與指南針的發明。擺鐘的發明對擺的研究是惠更斯所完成的最出色的物理學工作。多少世紀以來,時間測量始終是擺在人類面前的一個難題。當時的計時裝置諸如日晷、沙漏等均不能在原理上保持精確。直到伽利略發現了單擺的等時性,惠更斯將單擺運用於計時器,人類才進入一個新的計時時代。
  • 重力時如何影響擺鐘的精度的?看完後恍然大悟
    休·切文斯的油畫，1955年，展示惠更斯和科斯特的第一個擺鐘。荷蘭物理學家克裡斯蒂安·惠更斯設計了第一個由鐘擺運動控制的時鐘。惠更斯根據科學家伽利略的觀察，改進了時鐘的設計，使擺鐘問世。幾千年來，人類唯一可靠的計時方法就是依靠太陽。在一年的過程中，太陽，在地球上的任何位置，都會遵循一個可預測的模式和路徑穿過天空。日晷是我們祖先最好的計時工具。
  • 高考難點:把你擺迷糊的擺鐘問題,來看看怎樣解決
    比如：例題：擺長是L1的擺鐘在一段時間內快了n秒，擺長是L2的擺鐘在一段時間內慢了n秒，試求準確鐘的擺長。解析：解決此類問題，首先要明白一個問題，即：擺鐘的鐘面顯示時間與擺錘擺動次數（頻率f）成正比。設準確時間為t，則有：邁出這艱難的一步，後面就是數學問題了。
  • 擺鐘快慢的計算問題及受迫振動和共振
    瀏覽器版本過低，暫不支持視頻播放1、擺鐘快慢的計算問題：例：某擺鐘，當其擺長為l1時，在一段時間內快了△t，當其擺長為l2時，在同樣一段時間內慢了△t，求準確擺鐘的擺長
  • 除了巨大的擺鐘,納米尺度上也有擺耦合!
    早在1665年，克裡斯蒂安·惠更斯勳爵就發現，掛在同一木結構上的兩個擺鐘，會自發地、完美地在一條直線上振蕩，但方向相反：時鐘是反相振蕩的。從那時起，自然界中耦合振蕩器的同步被描述為幾個尺度：從心臟細胞到細菌、神經網絡，甚至在雙星系統中——自發同步。
  • 真空泵的工作原理?真空泵工作原理解析
    下面一起看下真空泵工作原理解析吧。真空泵工作原理解析——種類隨著真空應用的發展，真空泵的種類已發展了很多種，其抽速從每秒零點幾升到每秒幾十萬、數百萬升。真空泵工作原理解析——工作原理1)、水環式真空泵工作原理水環式真空泵葉片的葉輪偏心地裝在圓柱形泵殼內。
  • 靜電除塵器工作原理膜片工作原理是什麼?
    靜電除塵器工作原理膜片工作原理是什麼？ ,「nn6bdgn」  九正通明除塵專業生產靜電除塵器工作原理，品種齊全，質量管理嚴格，質優價廉，速速來電諮詢！    靜電除塵器工作原理壽數實驗，工廠一般歸於型式實驗項目，切當地說我國還沒有電磁脈衝閥的專業標準，因此選用電磁脈衝閥廠家時慎重。
  • 電感減震器工作原理,電感減震器工作原理詳解
    導讀：電感減震器工作原理，電感減震器工作原理詳解如果汽車失去了減震器是什麼滋味？那我們完全可以聯想到古代出行工具「馬車」帶來的別樣震感。汽車減震器是為了改善汽車行駛的平順性和舒適性，對於需要經常跑崎嶇不平的山路的司機朋友來說，減震器就是非常重要的存在了。
  • 鎮流器工作原理
    導讀：本文主要介紹的是鎮流器工作原理，有興趣的童鞋們快來看一下吧～～很漲姿勢的哦～～本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/276334.htm
  • 逆變器工作原理
    導讀：整流器用於將交流電轉換為直流電，而逆變器剛好完成與其相反的功能，用於將直流電轉換為交流電，那麼逆變器工作原理是什麼呢?與整流器是否剛好相反呢?
  • 電晶體工作原理
    導讀：電晶體，只是對所有以半導體材料為基礎的元件的統稱，那麼問題來了，電晶體工作原理是什麼呢?電晶體根據使用材料的不同可分為矽材料電晶體和鍺材料電晶體;根據極性的不同可分為NPN型電晶體和PNP型電晶體;根據結構和製造工藝的不同可分為擴散型電晶體、合金型電晶體和平面型電晶體;其還可根據電流容量的不同、工作頻率的不同、封裝結構的不同等分類方式分為不同的種類。但電晶體多指晶體三極體，主要分為雙極性電晶體(BJT)和場效應電晶體(FET)，接下來我們就以BJT和FET為例來講述電晶體的工作原理。