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游客

摆钟的摆动原理是什么?

[标签:摆钟 礼品工艺 礼品知识]

提问者: 游客 浏览次数:2465 提问时间:2009-01-10 17:15

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摆钟

  摆钟是时钟的一种,用摆锤控制其它机件,使钟走的快慢均匀,一般能报点。它是根据单摆定律造的。

  摆动的钟摆是靠"重力势能"和"动能"相互转化来摆动的,简单的说,如果你把钟摆拉高,由于重力影响它会往下摆,而到达最低位置后它具有一个速度,不可能直接停在那(就好象刹车不能一下子停一样),它会继续冲过最低位置,而摆至最高位置就往回摆是因为重力使它减速直到0,然后向回摆(就象往天上仍东西,它会在上升中减速到0,然后落下).如此往复,就不停的摆动了。

  按照上述,钟摆可以永远摆下去,但由于阻力存在,它会摆动逐渐减小,最后停止.所以要用发条来提供能量使其摆动。

单摆的周期公式

  T=2π(l/g)^0.5

  由公式知,摆长L和周期T成正比, 所以摆长越长,周期越长(钟摆是单摆的一种) 单摆周期公式只适用于摆幅小于5度的机械振动。

摆钟的结构

  摆钟的机芯结构通常包括走时和报时两大系统。走时系统(见机械钟表机构)包括走时原动系、传动系、擒纵调速系、上条拨针系和指针系5个部分,其中擒纵调速系由擒纵机构和摆锤振动系统组成,合称擒纵调速器;报时系统由报时原动机构、传动机构、控制机构、打点机构和调速器等5个部分组成。

摆钟的发展

  以摆作为振动系统的钟。通常都带有报时功能,所以又称自鸣钟。1582~1583年,意大利物理学家和天文学家伽利略发现了摆的等时性。1657年,荷兰物理学家和天文学家C.惠更斯利用摆的等时性原理发明了摆钟。后经不断改进,沿用至今。摆钟可根据用途和要求制成座钟、挂钟、落地钟、子母钟的母钟、天文钟等型式。摆钟的报时方式通常为机械打点报时,也有用电子扩音报时的。近代帝王宫廷中使用的摆钟,常附有一套机械传动机构,以精工制作的人物、山水、飞禽、走兽等活动形象进行报时。

摆钟的原理

  是利用单摆的等时性。正是这种性质可以用来计时。 而单摆的周期公式是:时间=圆周率的2倍乘以(根号下摆长除以重力加速度) 通过公式以及其推导可以看出来,单摆运动靠的是重力,和绳子的拉力。 而摆动的周期仅仅取决于绳子的摆长和重力加速度。地球重力加速度固定,控制摆长可以调整周期来计时。

工作原理

  摆钟是利用摆锤的周期性振动(摆动)过程来计量时间,时间=摆的振动周期×振动次数。而摆的振动周期 T=2π(l/r)^0.5

  一般来说,摆的重量是确定的,调节摆的引用长度(l)即可调整摆的振动周期。摆的引用长度减短,时钟变快;反之则变慢。对精密摆钟,也有用附加重物法来微调摆的振动周期。摆钟放置在不同的地理位置(不同的地球纬度和海拔高度)中,摆锤的重力加速度会发生变化从而影响其振动周期。摆钟放置在不同温度和气压的环境中,也会引起振动周期的变化。温度变化会引起摆的各部分尺寸包括摆的引用长度的变化。一般是温度升高,摆胀长而钟变慢;反之则摆缩短而钟变快。因此,精密摆钟常用不同的线胀系数的材料制成温度补偿管,以补偿温度影响。气压的变化会引起空气阻力和空气密度的变化,从而引起振动周期的变化。因此,精密的摆钟常将摆安装在恒压的壳体中,以消除气压影响。

  摆的振动幅度影响到钟的等时性。振幅愈小,振幅变化所造成的日差(见钟表日差)变化愈小,即等时性愈好,因而精密摆钟常采用长摆杆小摆幅。但是,小摆幅对外界来的震动和撞击很敏感,因而对安装环境要求很高。摆钟的走时日差一般可以达到20秒/天以内,精密摆钟达千分之几秒。

  摆钟是机械钟。有的石英电子钟虽然也装有摆锤或扭摆,但只起装饰作用

天文摆钟

  astronomical clock

  利用摆的机械振荡产生稳定频率,以此作为频率标准制成的计时仪器。16世纪中叶C.惠更斯根据伽利略发现的摆的等时性原理,发明了摆钟。摆钟是天文观测中的计时工具,也是时间服务中的守时工具。早期摆钟的走时误差约每天0.1秒;经过不断改进,到20世纪20年代误差约每天几毫秒,当时的天文学家曾依据天文摆钟指示的相对均匀的时间发现了地球自转的不均匀性。当钟摆在一定的幅度内摆动时,其周期只与摆长有关,摆长随温度的变化给走时带来误差。克服这一缺陷的途径在于稳定摆杆的长度,采取的措施有:摆杆用温度系数小的材料(如铟钢、石英等)制造或用两种膨胀系数不同的金属(如黄铜和钢)熔合在一起以补偿温度变化,而且将钟安放在恒温室内 ,罩入真空罩中 ,实行钟体(母钟)与钟面(子钟)分离,由母钟控制子钟指示时刻。20世纪50年代初期,天文摆钟已完全由精度更高的石英钟取代。

 

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tianshangdigao
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