鐘表計時的原理——振動

Date&Time:[ 2006-1-7 21:00:27 ] Hits:[ 18 ]


鐘擺的擺動,秋千的蕩動,心臟的跳動, 小鳥飛開引起的樹枝顫動等等，都是圍繞一個中心位置不斷地往復
運動,這種運動叫振動。

 

　　用一根細線把小鋼球懸掛起來,這叫單擺,是zui簡單的振動系統。將小球稍微推離平衡位置到達某一高度,
然后放手, 它就開始擺動。假如沒有空氣阻力,小球將一直擺動下去,停止, 這種運動叫無阻尼振動。實際
上由于空氣阻力, 小球zui終要停止在平衡位置上。

　　仔細觀察擺動過程,可以發現小球擺動一周所需的時間總是一樣的,這是單擺的等時性。這個時間稱為振動
的周期。一秒鐘內物體振動的次數叫做振動的頻率,單位是赫茲。如一秒鐘內完成10次振動,它的頻率是10赫茲,
一次振動所用時間為1／10秒，周期就是1／10秒。單擺的等時性, 據說是1582年伽利略在觀察教堂的大銅吊燈
時,首先發現的。

　　小球擺動時偏離平衡位置的zui大距離叫振幅。實驗表明, 單擺的周期取決于懸掛小球的細線長度,與小球質
量、擺動振幅無關。

　　單擺的振動是zui簡單的,實際的振動現象要復雜得多,不僅有機械振動,還有電磁振動、原子振動,它們都遵循
相同的振動規律。

　　振動是一種很普遍的運動現象,由于它的等時性,長期以來人們用這個原理來制作鐘表。世界上*架擺鐘是
1650年德國物理學家惠更斯制作的。

　　此后利用振動原理計時，使時間的計量發生了突破性的變化，大致經歷了機械擺鐘、石英鐘、原子鐘三個歷
程。老式的掛鐘靠擺錘的擺動來計時; 機械手表中的核心部件,是擺輪和游絲,電子表是利用電磁振動的等時性來
計時的。

天文臺使用的原子鐘, 也是利用原子會發生振動的特性制成的。

由于原子振動頻率特別穩定,因此這種鐘十分準確,30萬年也相差不到一秒。