Her saatin ihtiyaç duyduğu şeyler

Bir saat, zamanı bir cetvelin uzunluğu ölçtüğü gibi ölçmez. "Bir saniye" ile karşılaştırabileceğin bir şey yoktur. Saatin aslında yaptığı şey, sabit bir hızda tekrarlanan bir şeyi saymak ve sana bu sayıyı göstermektir.

Bu "tekrarlanan şey" sallanan bir ağırlık, dönen bir tekerlek, titreşen bir kristal ya da titreşen bir atom olabilir. Ne olursa olsun, eski ya da modern her saat aynı dört parçadan oluşur:

• Bir osilatör: Tekrarlanan şey. Aynı hareketi tekrar tekrar yapar ve hızı belirleyen parçadır.
• Bir sayaç: Tekrarları toplayan bir şey (dişliler ya da elektronik devreler).
• Bir güç kaynağı: Düşen bir ağırlık, kurulu bir yay ya da bir pil; çünkü gerçek osilatörler her salınımda biraz enerji kaybeder ve yeniden enerji verilmezse durur.
• Bir gösterge: Kadrandaki akrep ve yelkovanlar ya da ekrandaki rakamlar; sayımı saatlere, dakikalara ve saniyelere dönüştürür.

Bir tekrarın süresi periyot olarak adlandırılır, T ile gösterilir ve saniye cinsinden ölçülür. Her saniyede kaç tekrar gerçekleştiği ise frekans olarak adlandırılır, f ile gösterilir ve hertz (Hz) cinsinden ölçülür. Bunlar aynı şeyi söylemenin iki farklı yoludur:

f = 1 / T ve T = 1 / f

0,5 s süren bir salınımın frekansı 1 / 0,5 = 2 Hz olur: her saniye iki salınım. Yavaş bir 2 s'lik salınımın frekansı 0,5 Hz'dir. Şu iki sayıyı hatırla: 2 s periyotlu bir sarkaç, her saniyede bir kez tıkladığı için (giderken bir kez, dönerken bir kez) ünlü "saniye sarkacı"dır.

Saatlerin tarihi, büyük ölçüde daha iyi osilatörlerin tarihidir. Bu derste karşılaşacağın osilatör ailesi şöyle:

Tek başına daha yüksek frekans, daha iyi bir saat anlamına gelmez; ancak sayabileceğin daha küçük zaman dilimleri sağlar ve en iyi osilatörler hızlarını korumakta da çok başarılıdır.

Bu son özellik için tek kelime: Q, yani kalite faktörü. Q değeri yüksek bir osilatör, iyi bir çan gibi, sesi sönmeden önce uzun süre çınlamayı sürdürür; donuk bir gümbürtü gibi değildir. Her salınımda çok az enerji kaybettiği için küçük itmeler ve küçük bozucular ritmini çok az değiştirir. Sarkacın yerini denge çarkına, sonra kuvarsa, ardından atomlara taşımak, çoğunlukla giderek daha yüksek Q değerlerine geçmek demektir. Henüz Q hesaplamayacaksın; sadece durmadan çınlayan bir çanı gözünde canlandır.

Bir osilatör, saati güneş saatinden ayıran şeydir. Güneş saati zamanı Güneş'in hareketini kullanarak gösterir; bu yüzden yalnızca gün ışığında ve açık havada çalışır ve "saat zamanı"ndan biraz farklı olan güneş zamanını gösterir (Güneş, Dünya ve Ay laboratuvarı bunun nedenini açıklar). Bir sarkaç ya da kristal gece, bir mağarada, bir gemide veya Ay'da da çalışmayı sürdürür. Hava durumundan ve gökyüzünden bağımsız olmak, mekanik saatleri bu kadar kullanışlı yapan şeydi.