《全国青少年机器人技术等级考试(一级)》课程,本系列课程以机器人相关的物理力学、机械原理、基础电子知识为主要内容,将孩子们带入一个妙趣横生的充满技术知识的机器人世界!

认识时钟

时钟是一种度量和显示时间的仪器。作为人类最早的发明之一,时钟被人们用来度量比自然时间单位(如年月日)更短的时间。

今天我们只需瞧一下钟表就能说出具体的时间,我们把这种行为看成是很自然的事情。但是在长达数千年的时间里,根本就没有任何能够测定时间的精确方法。人们通过太阳在天空中的位置,或者通过像日晷或沙漏这样的装置来判断时间。在沙漏中,是通过沙子从一个双头玻璃容器中漏落下来指示时间的。

日晷

沙漏

最早发明机械钟的人是一位叫做一行(唐代僧人,俗名张遂)的中国杰出天文学家,他生活于公元8世纪。他与另外一位中国发明家梁令瓒一起设计了“擒纵器”装置,“擒纵器”就是所有机械钟中心部位的那套齿轮嵌齿结构。

机械钟

机械钟在中世纪时来到欧洲。到14世纪时,欧洲建造了既大又不灵巧的家庭机械钟。它们用钟锤驱动,其精度每天大约误差在1小时以内。15世纪时德国锁匠P · 亨莱恩开发出了由弹簧驱动的钟,接着惠更斯在1656年制造出了带有钟摆的更精确的钟,并且1859年他在威斯敏斯特教堂安装了大本钟,该钟成为所有精确钟楼的标准。1929年石英晶体首先用于计时,天文台石英钟误差不过万分之一秒/天。1951年第一座原子钟开始运作,误差小于十亿分之一秒/天,是目前最准确的时钟。

本节课程知识点

齿轮加减速:

减速装置:在齿轮直接啮合的情况下,小齿轮带动大齿轮的情况属于减速装置。

加速装置:在齿轮直接啮合的情况下,大齿轮带动小齿轮的情况属于加速装置。

齿轮转速比

假设小齿轮与大齿轮的齿数比为1 : 3。两个齿轮啮合方式传动,所转动的齿数相同。大齿轮的齿数多,小齿轮齿数少,故而大齿轮转动一周时,小齿轮转动3周,所以转速比为1 : 3,小齿轮转速快。大齿轮带动小齿轮成为加速装置。反之,小齿轮带动大齿轮为减速装置。

角速度

圆周运动中在单位时间内转过的弧度,即齿轮每秒转动的角度。

线速度

圆周运动中在单位时间内转过的曲线长度。

转速

圆周运动中在单位时间内转过的圈数。

线速度、角速度、转速之间的关系

1. 转动的齿数相同,故而线速度相同,角速度和转速根据齿轮大小而判断,齿轮越大,角速度和转速越小。

齿轮大小不同

2. 在同一根轴上的两个齿轮传动,由于同轴转动的速度相同,所以角速度和转速相同,而线速度根据齿轮的大小判断,齿轮越大,线速度越大。

同轴齿轮

时钟的参考模型

课后习题

1、在时钟制作的过程中,都使用了哪些机械零件?

2、小齿轮带动大齿轮属于减速装置还是加速装置?大齿轮带动小齿轮属于减速装置还是加速装置?

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