為什麼發條上到不同的程度,指針的速度卻不變?

失魂魚

一切機械鐘錶的核心原理就是:

通過擒縱裝置將發條力做等時性輸出。正因為“等時性”的存在,人類才可以用它來計時,否則鐘錶與我們兒時玩的發條玩具沒有區別。實現等時性最開始通過巨大的鐘擺,今天的大型機械座鐘依然有鐘擺,鐘擺在地球引力的作用下對發條力實現等時性輸出。後來因為航海及人們對於機械鐘錶小型化、便攜化的訴求,巨大的鐘擺變成了小小的擺輪,擺輪也不依靠地心引力而是遊絲實現等時性輸出,這樣在搖晃的海船上依然可以進行準確計時。

嚴格來講,發條力在不同程度確實會影響鐘表走時精度,但只發生在發條馬上沒有動力的時候,即所謂“尾弦不穩”。鐘錶研發者早已發現這一問題,而設置尾弦截停裝置(即發條力還沒真正完全釋放完就讓錶停走)。這樣你看到的表走時一直是精確的,指針的速度沒有任何變化。


大眼仔通訊社

發條釋放的能量是由高到低的。如果發條直接通過齒輪連接指針,那麼指針一定是先飛速旋轉,很短的時間內就消耗完發條的彈性勢能,然後停走。


但鐘錶得以存在的一個原因就是具有“擒縱擺輪調速系統”。擒縱擺輪的的特點就是當其配置限定以後(擺輪質量、遊絲長度……),它每一個運動週期所需要的時間和消耗的能量是穩定的。打個比喻,手錶就像一個水庫,如果直接開閘放水,因為水壓的緣故,其流水的速度肯定是先快後慢。但是如果我們使用一個容量固定的容器,然後以固定的頻率去舀出來,那麼水庫水位線降低的速度就是規律的。

可能有朋友疑問為什麼當擒縱擺輪的配置固定以後,其一個運動週期所需要的時間是穩定的?


一佳表哥

打個比方吧,也可能不是很確切,希望對大家理解鐘錶問題能有所啟迪。想一下,汽車會不會因為加油的多少就是速度不同呢?並且,不管油多油少,都可通過一定的控制,使汽車跑出同樣的速度。回到鐘錶,發條僅是鐘錶的動力裝置,上發條只是使之具有了做功的能量——彈性勢能。但一定時間內做多少,有專門的裝置來控制。並且,該裝置設計的能控制著發條在相等的時間內釋放出等量的彈性勢能,最終轉化為指針等量的機械能,保證指針走時均勻。


甜甜向上314159

這都是擒縱輪的功勞,一個像魚叉狀的撥叉控制著轉動的齒輪,撥叉擺到左邊,左爪放開一個齒,右爪就勾住一個齒,撥叉擺到右邊,右爪放開那個齒,左爪就又勾住一個齒,如此循環擺動,齒輪便只能一個齒一個齒的轉動,不會受發條力大小的影響而忽快忽慢。


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