Apa yang dibutuhkan setiap jam.

Jam tidak mengukur waktu seperti penggaris mengukur panjang. Tidak ada sesuatu yang bisa dibandingkan langsung dengan "satu detik". Yang sebenarnya dilakukan jam adalah menghitung sesuatu yang berulang dengan irama tetap, lalu menunjukkan hasil hitungannya.

"Sesuatu yang berulang" itu bisa berupa beban yang berayun, roda yang berputar, kristal yang bergetar, atau atom yang bergetar. Apa pun itu, setiap jam, baik kuno maupun modern, dibuat dari empat bagian yang sama:

• Osilator: sesuatu yang berulang. Benda ini melakukan gerakan yang sama berulang-ulang dan menentukan iramanya.
• Penghitung: sesuatu yang menjumlahkan pengulangan (roda gigi bergigi atau rangkaian elektronik).
• Sumber daya: beban yang jatuh, pegas yang dililit, atau baterai, karena setiap osilator sungguhan kehilangan sedikit energi setiap kali berayun dan akan berhenti tanpa tambahan daya.
• Tampilan: jarum pada lempeng angka atau angka pada layar, yang mengubah hasil hitungan menjadi jam, menit, dan detik.

Ukuran satu pengulangan disebut periode, ditulis T, dan diukur dalam detik. Banyaknya pengulangan yang terjadi setiap detik disebut frekuensi, ditulis f, dan diukur dalam hertz (Hz). Keduanya adalah dua cara untuk menyatakan hal yang sama:

f = 1 / T dan T = 1 / f

Ayunan yang membutuhkan waktu 0,5 s memiliki frekuensi 1 / 0,5 = 2 Hz: dua ayunan setiap detik. Ayunan lambat yang membutuhkan waktu 2 s memiliki frekuensi 0,5 Hz. Ingat dua angka ini: bandul dengan periode 2 s disebut "bandul detik" yang terkenal, karena berdetak sekali setiap detik (sekali saat bergerak keluar, sekali saat kembali).

Sejarah jam sebagian besar adalah sejarah osilator yang semakin baik. Inilah keluarga osilator yang akan kamu temui di kursus ini:

Frekuensi yang lebih tinggi saja tidak membuat jam menjadi lebih baik, tetapi memberi kamu potongan waktu yang lebih kecil untuk dihitung, dan osilator terbaik juga sangat baik dalam mempertahankan lajunya.

Satu kata untuk kualitas terakhir itu: Q, yaitu faktor kualitas. Osilator dengan Q tinggi terus berdering dalam waktu lama sebelum suaranya menghilang, seperti lonceng yang bagus dibandingkan bunyi gedebuk yang tidak nyaring. Osilator ini kehilangan sangat sedikit energi setiap ayunan, jadi dorongan kecil dan gangguan kecil hanya sedikit mengubah lajunya. Beralih dari bandul ke roda keseimbangan, lalu ke kuarsa, kemudian ke atom, pada dasarnya berarti beralih ke Q yang semakin tinggi. Kamu belum akan menghitung Q; cukup ingat gambaran lonceng yang terus berdering.

Osilator juga merupakan hal yang membedakan jam dari jam matahari. Jam matahari menunjukkan waktu menggunakan gerak Matahari, jadi hanya berfungsi pada siang hari dan saat langit cerah, serta menunjukkan waktu matahari, yang sedikit berbeda dari "waktu jam" (lab Matahari, Bumi & Bulan menjelaskan alasannya). Bandul atau kristal terus bekerja pada malam hari, di dalam gua, di kapal, atau di Bulan. Kemandirian dari cuaca dan langit inilah yang membuat jam mekanis sangat berguna.