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  • 1 # 徒步看風景的Why

    時間是平滑的,為什麼有人感覺時間是一秒一秒跳動的?那是錯覺。一秒是人為規定的時間長度,許多計量單位都是人為規定的。表上秒針走動的方式不同,我就見過勻速轉動的秒針。

  • 2 # 航小北的日常科普

    這個問題看似無厘頭,但是實際上背後還是有很深刻的科學原理的。

    簡單來說,我怎麼控制手錶指標有規律地走字、並且讓每一秒鐘儘量符合標準的一秒鐘的時間?

    首先我們看看老式的擺鐘【如下圖所示】。可能很多人都會比較好奇,為什麼好好的鐘下面要放個東西不停地晃來晃去——實際上這個東西不是為了晃暈你,也不是為了好看,而是我們的計時精確程度極度依賴這個擺。

    實際上這就是物理上所謂的“單擺”【如下圖所示】。為什麼單擺對於鍾來說非常重要呢?因為單擺擺動一個來回的時間基本上跟擺動的幅度大小沒有關係,而只跟單擺的質量和繩子的長度有關。所以只要單擺製造出來、形狀和質量是一定的,那麼不同的人推動單擺,單擺的擺動時間都是一樣的,這就給我們的計時帶來了很大的準確性。

    而這個單擺的運動,本質上是叫做“簡諧運動”,意思就是“簡單的諧振運動”【如下圖所示】,因為這種運動的軌跡可以用一段三角函式來表示。

    這種運動最大的好處就是,運動一個週期的時間跟運動的距離沒有關係。下面的這個所謂的“彈簧振子”就是最簡單的簡諧運動機構,其中可以看到,不管把小球拉到多遠的位置再放手,小球運動一個週期的時間都是一定的。

    那麼手錶上沒有鐘擺呀,那是怎麼保證秒針跳動的時間間隔是一秒鐘呢?

    很簡單,其實手錶裡面也有一個進行“簡諧運動”的機構,那就是所謂的“擺輪”,只要開啟機械手錶之後,就可以看到這個正在來回轉動的“圓圈”【如下圖所示,圖片來源於網路】。

    只不過這裡的彈簧不是我們傳統意義上的線性彈簧,而是“扭轉彈簧”,意思就是扭轉之後彈簧才會有恢復力矩【下面這張圖就是擺輪,還有中間像大大泡泡卷一樣的扭簧】,所以這個擺輪來回擺動的時間也是一定的,就是這個機構告訴手錶多長時間是一秒鐘。

    那麼有人又要問了,電子錶裡面又沒有單擺、有沒有擺輪,那是怎麼計時的呢?

    實際上電子錶裡面也是有“擺”的,但是不是我們傳統意義上的跟機械有關的“擺”,而是電子鐘擺——石英諧振器【如下圖所示】。

    運用石英晶體上的電極對一顆被適當切割並安置的石英晶體施以電場時,晶體會產生變形。這就是逆壓電效應。當外加電場移除時,石英晶體會恢復原狀併發出電場,因而在電極上產生電壓。這樣的特性造成石英晶體在電路中的行為,類似於某種電感器、電容器、與電阻器所組合成的RLC電路。

    而這樣的行為,本質上還是一種“簡諧運動”,所以當然還是可以準確地記錄時間了。

    當然,從擺鐘到機械錶再到石英錶,這些鐘錶的精度是不一樣的。比如說機械錶的精度是每天會有五秒鐘左右的誤差,而石英錶則基本上可以縮小到一個月才相差十幾秒鐘,可以說是進步巨大。

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