擺鐘的工作原理

?????? ?擺鐘是利用擺錘的周期性振動(dòng)(擺動(dòng))過程來計(jì)量時(shí)間，時(shí)間=擺的振動(dòng)周期×振動(dòng)次數(shù)。而擺的振動(dòng)周期 T=2π(l/r)^0.5。

?　　一般來說，擺的重量是確定的,調(diào)節(jié)擺的引用長度(l)即可調(diào)整擺的振動(dòng)周期。擺的引用長度減短,時(shí)鐘變快;反之則變慢。對(duì)精密擺鐘，也有用附加重物法來微調(diào)擺的振動(dòng)周期。擺鐘放置在不同的地理位置（不同的地球緯度和海拔高度）中，擺錘的重力加速度會(huì)發(fā)生變化從而影響其振動(dòng)周期。擺鐘放置在不同溫度和氣壓的環(huán)境中，也會(huì)引起振動(dòng)周期的變化。溫度變化會(huì)引起擺的各部分尺寸包括擺的引用長度的變化。一般是溫度升高，擺脹長而鐘變慢；反之則擺縮短而鐘變快。因此，精密擺鐘常用不同的線脹系數(shù)的材料制成溫度補(bǔ)償管，以補(bǔ)償溫度影響。氣壓的變化會(huì)引起空氣阻力和空氣密度的變化，從而引起振動(dòng)周期的變化。因此，精密的擺鐘常將擺安裝在恒壓的殼體中，以消除氣壓影響。

　　擺的振動(dòng)幅度影響到鐘的等時(shí)性。振幅愈小，振幅變化所造成的日差（見鐘表日差）變化愈小，即等時(shí)性愈好，因而精密擺鐘常采用長擺桿小擺幅。但是，小擺幅對(duì)外界來的震動(dòng)和撞擊很敏感，因而對(duì)安裝環(huán)境要求很高。擺鐘的走時(shí)日差一般可以達(dá)到20秒/天以內(nèi),精密擺鐘達(dá)千分之幾秒。

　　擺鐘是機(jī)械鐘。有的石英電子鐘雖然也裝有擺錘或扭擺，但只起裝飾作用。

??????? 擺鐘的原理是利用單擺的等時(shí)性。正是這種性質(zhì)可以用來計(jì)時(shí)。 而單擺的周期公式是：時(shí)間=圓周率的2倍乘以（根號(hào)下擺長除以重力加速度） 通過公式以及其推導(dǎo)可以看出來，單擺運(yùn)動(dòng)靠的是重力，和繩子的拉力。 而擺動(dòng)的周期僅僅取決于繩子的擺長和重力加速度。地球重力加速度固定，控制擺長可以調(diào)整周期來計(jì)時(shí)。

擺鐘什么樣的結(jié)構(gòu)

擺鐘的機(jī)芯結(jié)構(gòu)通常包括走時(shí)和報(bào)時(shí)兩大系統(tǒng)。走時(shí)系統(tǒng)(見機(jī)械鐘表機(jī)構(gòu))包括走時(shí)原動(dòng)系、傳動(dòng)系、擒縱調(diào)速系、上條撥針系和指針系5個(gè)部分,其中擒縱調(diào)速系由擒縱機(jī)構(gòu)和擺錘振動(dòng)系統(tǒng)組成,合稱擒縱調(diào)速器;報(bào)時(shí)系統(tǒng)由報(bào)時(shí)原動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、打點(diǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)速器等5個(gè)部分組成。

單擺的周期公式：T=2π(l/g)^0.5 　　
由公式知,擺長L和周期T成正比, 所以擺長越長,周期越長（鐘擺是單擺的一種) 單擺周期公式只適用于擺幅小于5度的機(jī)械振動(dòng)。

早期的天文擺鐘

利用擺的機(jī)械振蕩產(chǎn)生穩(wěn)定頻率，以此作為頻率標(biāo)準(zhǔn)制成的計(jì)時(shí)儀器。16世紀(jì)中葉C.惠更斯根據(jù)伽利略發(fā)現(xiàn)的擺的等時(shí)性原理，發(fā)明了擺鐘。擺鐘是天文觀測(cè)中的計(jì)時(shí)工具，也是時(shí)間服務(wù)中的守時(shí)工具。早期擺鐘的走時(shí)誤差約每天0.1秒；經(jīng)過不斷改進(jìn)，到20世紀(jì)20年代誤差約每天幾毫秒，當(dāng)時(shí)的天文學(xué)家曾依據(jù)天文擺鐘指示的相對(duì)均勻的時(shí)間發(fā)現(xiàn)了地球自轉(zhuǎn)的不均勻性。當(dāng)鐘擺在一定的幅度內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，其周期只與擺長有關(guān)，擺長隨溫度的變化給走時(shí)帶來誤差。克服這一缺陷的途徑在于穩(wěn)定擺桿的長度，采取的措施有：擺桿用溫度系數(shù)小的材料（如銦鋼、石英等）制造或用兩種膨脹系數(shù)不同的金屬（如黃銅和鋼）熔合在一起以補(bǔ)償溫度變化，而且將鐘安放在恒溫室內(nèi) ，罩入真空罩中 ，實(shí)行鐘體（母鐘）與鐘面（子鐘）分離，由母鐘控制子鐘指示時(shí)刻。20世紀(jì)50年代初期，天文擺鐘已完全由精度更高的石英鐘取代，而石英鐘則廣泛流行。