Periode bandul ditentukan oleh satu variabel saja. Panjang.
Itu saja. Massa, material, sudut tarikan awal—tidak ada yang penting dalam menentukan waktunya. Anda bisa membuktikannya dalam sepuluh menit dengan barang-barang rumah tangga.
Ambil beban. Cangkir kopi bisa digunakan. Buku bersampul tebal bisa digunakan. Ikat tali padanya. Gantungkan di tepi meja. Atur panjangnya menjadi sekitar dua kaki.
Tarik massa ke belakang satu kaki. Biarkan berayun. Atur waktu selama 60 detik. Hitung ayunannya.
Hentikan. Mulai ulang. Kali ini, tariknya ke belakang hanya enam inci. Busur yang lebih kecil.
Atur waktu lagi. Hitung lagi. Nomornya identik. Sudut pelepasan tidak mengubah periode. Hanya panjang senar yang dapat melakukannya.
Sesuaikan panjangnya hingga Anda mencapai tepat 60 ayunan per menit. Anda memiliki pendulum kedua.
Konsistensi ini memungkinkan ketepatan waktu yang akurat. Begitu para insinyur menyadari bahwa fisika bertahan, mereka membuat jam di sekelilingnya. Escapement adalah mekanisme yang mengubah ayunan stabil menjadi gerakan.
Sebuah roda gigi dengan gigi berbentuk khusus terletak di dekat pendulum. Perangkat yang dipasang pada pendulum akan mengaktifkan gigi tersebut. Setiap ayunan maju mundur memungkinkan satu gigi lepas.
Roda gigi bergerak. Tangannya maju. Waktunya dicatat.
Jika Anda memerlukan perhitungan yang tepat untuk periode tersebut, carilah rumus standarnya. Ini melibatkan gravitasi dan panjang. Tapi untuk jamnya sendiri? Panjangnya adalah raja.
Perhatikan ayunan pendulum ke kiri. Itu melintasi pusat. Perhentian kiri melepaskan gigi. Roda gigi meluncur ke depan. Lebarnya hanya setengah gigi. Itu mencapai perhentian yang tepat.
Kutu.
Itulah inti dari ketepatan waktu mekanis. Roda gigi escapement mengeluarkan bunyi karena secara fisik bergerak saat berhenti. Mekanisme ini tidak hanya menghasilkan kebisingan. Ini mengontrol pelepasan energi.
Jangkar dan Dorongan
Pendulum tidak berayun selamanya. Ada gesekan. Hambatan udara memang ada. Gravitasi pada akhirnya menang kecuali Anda melakukan intervensi.
Tugas kedua escapement adalah mendorong pendulum. Ini memberinya energi yang cukup untuk terus berayun. Tidak lebih. Tidak kurang. Terlalu banyak energi membuang waktu. Terlalu sedikit dan jam berhenti.
Di sinilah jangkar berperan. Jangkar adalah komponen yang melekat pada pendulum. Ini berinteraksi dengan roda gigi escapement. Gigi pada persnelingnya tidak standar. Mereka dibentuk secara khusus. Bentuk ini memungkinkan roda gigi dapat keluar dengan baik.
Saat pendulum berayun, jangkar mendorongnya. Dorongan ini adalah dorongan. Ini mengatasi gesekan. Jam terus bergerak.
Masalah dengan Drive Langsung
Bayangkan Anda membuat escapement dengan 60 gigi. Anda memasangkannya langsung ke drum beban. Anda menggunakan pendulum dengan periode satu detik.
Anda sekarang memiliki jam. Jarum detik menyelesaikan satu putaran per menit. Jika Anda mengatur panjang pendulum dengan sangat hati-hati, akurasinya tinggi.
Akurasi tinggi tidak ada gunanya jika jamnya tidak praktis. Desain ini memiliki dua kelemahan fatal.
- Tidak ada jarum jam atau menit. Anda hanya memiliki jarum detik.
- Pemutaran konstan. Drum membuat satu putaran setiap menit. Beban akan terlepas ke lantai dalam 20 menit.
Maukah Anda memutar jam setiap 20 menit? Kebanyakan orang tidak mau. Ini adalah gangguan. Itu memutus arus kehidupan sehari-hari.
Teka-teki yang Berliku
Lantas, apa yang perlu dilakukan untuk mengatasi masalah belitan tersebut?
Jawabannya memerlukan perubahan rasio roda gigi. Anda memerlukan drum beban untuk berputar lebih lambat. Anda memerlukan jarum detik untuk tetap bergerak dengan satu putaran per menit. Ini memerlukan serangkaian roda gigi perantara. Roda gigi ini melipatgandakan jumlah putaran.
Energi dari beban harus mengalir melalui roda gigi ini sebelum mencapai pelepasan. Ini memperlambat penurunan berat badan. Ini memperpanjang cadangan daya dari 20 menit menjadi beberapa hari atau minggu.
Tapi ada batasannya. Menambahkan roda gigi menimbulkan gesekan. Ini menimbulkan kesalahan. Sistem menjadi lebih kompleks. Lebih banyak bagian berarti lebih banyak titik kegagalan.
Tantangan bagi para insinyur adalah menyeimbangkan efisiensi dan umur panjang. Anda tidak bisa begitu saja menambahkan roda gigi. Anda harus menambahkannya dengan benar. Langkah selanjutnya melibatkan rangkaian roda gigi dan cara mentransfer torsi ke escapement. Tanpa rasio yang tepat, jam akan kehabisan daya terlalu cepat atau berjalan terlalu lemah untuk menggerakkan jarum jam.
Solusinya terletak pada hubungan antara laras pegas utama dan roda pelepasan.
