擺鐘工作原理

擺鐘的工作原理

擺鐘是利用擺錘的周期性振動(擺動)過程來計量時間，時間=擺的振動周期×振動次數。而擺的振動周期 T=2π(l/r)^0.5。

　　一般來說，擺的重量是確定的,調節擺的引用長度(l)即可調整擺的振動周期。擺的引用長度減短,時鐘變快;反之則變慢。對精密擺鐘，也有用附加重物法來微調擺的振動周期。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發生變化從而影響其振動周期。擺鐘放置在不同溫度和氣壓的環境中，也會引起振動周期的變化。溫度變化會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，擺脹長而鍾變慢；反之則擺縮短而鍾變快。因此，精密擺鐘常用不同的線脹係數的材料製成溫度補償管，以補償溫度影響。氣壓的變化會引起空氣阻力和空氣密度的變化，從而引起振動周期的變化。因此，精密的擺鐘常將擺安裝在恆壓的殼體中，以消除氣壓影響。

　　擺的振動幅度影響到鐘的等時性。振幅愈小，振幅變化所造成的日差（見鐘錶日差）變化愈小，即等時性愈好，因而精密擺鐘常採用長擺桿小擺幅。但是，小擺幅對外界來的震動和撞擊很敏感，因而對安裝環境要求很高。擺鐘的走時日差一般可以達到20秒/天以內,精密擺鐘達千分之幾秒。

　　擺鐘是機械鐘。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性。正是這種性質可以用來計時。 而單擺的周期公式是：時間=圓周率的2倍乘以（根號下擺長除以重力加速度） 通過公式以及其推導可以看出來，單擺運動靠的是重力，和繩子的拉力。 而擺動的周期僅僅取決於繩子的擺長和重力加速度。地球重力加速度固定，控制擺長可以調整周期來計時。

擺鐘什麼樣的結構

擺鐘的機芯結構通常包括走時和報時兩大系統。走時系統(見機械鐘錶機構)包括走時原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系5個部分,其中擒縱調速系由擒縱機構和擺錘振動系統組成,合稱擒縱調速器;報時系統由報時原動機構、傳動機構、控制機構、打點機構和調速器等5個部分組成。

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於擺幅小於5度的機械振動。

早期的天文擺鐘

利用擺的機械振蕩產生穩定頻率，以此作為頻率標準製成的計時儀器。16世紀中葉C.惠更斯根據伽利略發現的擺的等時性原理，發明了擺鐘。擺鐘是天文觀測中的計時工具，也是時間服務中的守時工具。早期擺鐘的走時誤差約每天0.1秒；經過不斷改進，到20世紀20年代誤差約每天幾毫秒，當時的天文學家曾依據天文擺鐘指示的相對均勻的時間發現了地球自轉的不均勻性。當鐘擺在一定的幅度內擺動時，其周期只與擺長有關，擺長隨溫度的變化給走時帶來誤差。克服這一缺陷的途徑在於穩定擺桿的長度，採取的措施有：擺桿用溫度係數小的材料（如銦鋼、石英等）製造或用兩種膨脹係數不同的金屬（如黃銅和鋼）熔合在一起以補償溫度變化，而且將鍾安放在恆溫室內 ，罩入真空罩中 ，實行鐘體（母鍾）與鐘面（子鍾）分離，由母鍾控制子鍾指示時刻。20世紀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。

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