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钟表计时的原理—振动

  我们初中就学过,用一根细线把小钢球悬挂起来,这叫单摆,是最简单的振动系统。将小球稍微推离平衡位置到达某一高度, 然后放手, 它就开始摆动。

  仔细观察摆动过程,可以发现小球摆动一周所需的时间总是一样的,这是单摆的等时性。这个时间称为振动的周期。实验表明, 单摆的周期取决于悬挂小球的细线长度,与小球质量、摆动振幅无关。单摆的等时性, 据说是1582年伽利略在观察教堂的大铜吊灯时,首先发现的。

  振动是一种很普遍的运动现象,由于它的等时性,长期以来人们用这个原理来制作钟表。世界上第一架摆钟是1650年德国物理学家惠更斯制作的。

  单摆的振动是最简单的,实际的振动现象要复杂得多,不仅有机械振动,还有电磁振动、原子振动,它们都遵循相同的振动规律。

  此后利用振动原理计时,使时间的计量发生了突破性的变化,大致经历了机械摆钟、石英钟、原子钟三个历程。老式的挂钟靠摆锤的摆动来计时; 机械手表中的核心部件,是摆轮和游丝,电子表是利用电磁振动的等时性来计时的。

  天文台使用的原子钟, 也是利用原子会发生振动的特性制成的。由于原子振动频率特别稳定,因此这种钟十分准确,30万年也相差不到一秒。



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