Det alle klokker trenger

En klokke måler ikke tid på samme måte som en linjal måler lengde. Det finnes ingenting du kan holde opp mot «ett sekund». Det en klokke egentlig gjør, er å telle noe som gjentar seg i jevn takt, og vise deg antallet.

Dette «noe som gjentar seg» kan være en svingende vekt, et roterende hjul, en vibrerende krystall eller et vibrerende atom. Uansett hva det er, er alle klokker, gamle som moderne, bygd opp av de samme fire delene:

• En oscillator: det som gjentar seg. Den gjør den samme bevegelsen om og om igjen, og det er denne delen som bestemmer takten.
• En teller: noe som legger sammen gjentakelsene (tannhjul eller elektroniske kretser).
• En energikilde: en fallende vekt, en oppspent fjær eller et batteri, fordi alle virkelige oscillatorer mister litt energi hver gang de svinger, og ville stoppet uten påfyll.
• Et display: visere på en urskive eller sifre på en skjerm, som gjør tellingen om til timer, minutter og sekunder.

Lengden på én gjentakelse er perioden, skrevet T, og måles i sekunder. Hvor mange gjentakelser som skjer hvert sekund, er frekvensen, skrevet f, og måles i hertz (Hz). Dette er to måter å si det samme på:

f = 1 / T og T = 1 / f

En svingning som tar 0,5 s, har en frekvens på 1 / 0,5 = 2 Hz: to svingninger hvert sekund. En langsom svingning på 2 s har en frekvens på 0,5 Hz. Husk disse to tallene: En pendel med en periode på 2 s er den berømte «sekundpendelen», fordi den tikker én gang hvert sekund (én gang på vei ut og én gang på vei tilbake).

Klokkenes historie handler for det meste om historien til bedre oscillatorer. Her er familien du vil møte i dette kurset:

Høyere frekvens alene gjør ikke en klokke bedre, men den gir deg finere tidsbiter å telle, og de beste oscillatorene er også svært gode til å holde seg i samme takt.

Ett ord for den siste egenskapen: Q, kvalitetsfaktoren. En oscillator med høy Q fortsetter å svinge lenge før den stilner, omtrent som en god klokke sammenlignet med et matt dunk. Den mister svært lite energi per svingning, så små dytt og små forstyrrelser endrer rytmen svært lite. Å gå fra en pendel til et balansehjul, så til kvarts og deretter til atomer, betyr stort sett å gå til høyere og høyere Q. Du skal ikke regne ut Q ennå. Bare se for deg en klokke som fortsetter å ringe og ringe.

En oscillator er også det som skiller en klokke fra et solur. Et solur viser tiden ved hjelp av solens bevegelse, så det virker bare i dagslys og klarvær, og det viser soltid, som skiller seg litt fra «klokketid» (laboratoriet om solen, jorden og månen forklarer hvorfor). En pendel eller en krystall fortsetter å gå om natten, i en hule, på et skip eller på månen. Denne uavhengigheten av vær og himmel gjorde mekaniske klokker så nyttige.