时间秒

时间秒 为什么表可以一秒一跳，表怎么知道一秒是多长时间？

这个问题看似无厘头，但是实际上背后还是有很深刻的科学原理的。

简单来说，我怎么控制手表指针有规律地走字、并且让每一秒钟尽量符合标准的一秒钟的时间？首先我们看看老式的摆钟【如下图所示】。

可能很多人都会比较好奇，为什么好好的钟下面要放个东西不停地晃来晃去——实际上这个东西不是为了晃晕你，也不是为了好看，而是我们的计时精确程度极度依赖这个摆。

实际上这就是物理上所谓的“单摆”【如下图所示】。

为什么单摆对于钟来说非常重要呢？因为单摆摆动一个来回的时间基本上跟摆动的幅度大小没有关系，而只跟单摆的质量和绳子的长度有关。

所以只要单摆制造出来、形状和质量是一定的，那么不同的人推动单摆，单摆的摆动时间都是一样的，这就给我们的计时带来了很大的准确性。

而这个单摆的运动，本质上是叫做“简谐运动”，意思就是“简单的谐振运动”【如下图所示】，因为这种运动的轨迹可以用一段三角函数来表示。

这种运动最大的好处就是，运动一个周期的时间跟运动的距离没有关系。

下面的这个所谓的“d簧振子”就是最简单的简谐运动机构，其中可以看到，不管把小球拉到多远的位置再放手，小球运动一个周期的时间都是一定的。

那么手表上没有钟摆呀，那是怎么保证秒针跳动的时间间隔是一秒钟呢？很简单，其实手表里面也有一个进行“简谐运动”的机构，那就是所谓的“摆轮”，只要打开机械手表之后，就可以看到这个正在来回转动的“圆圈”【如下图所示，图片来源于网络】。

只不过这里的d簧不是我们传统意义上的线性d簧，而是“扭转d簧”，意思就是扭转之后d簧才会有恢复力矩【下面这张图就是摆轮，还有中间像大大泡泡卷一样的扭簧】，所以这个摆轮来回摆动的时间也是一定的，就是这个机构告诉手表多长时间是一秒钟。

那么有人又要问了，电子表里面又没有单摆、有没有摆轮，那是怎么计时的呢？实际上电子表里面也是有“摆”的，但是不是我们传统意义上的跟机械有关的“摆”，而是电子钟摆——石英谐振器【如下图所示】。

运用石英晶体上的电极对一颗被适当切割并安置的石英晶体施以电场时，晶体会产生变形。

这就是逆压电效应。

当外加电场移除时，石英晶体会恢复原状并发出电场，因而在电极上产生电压。

这样的特性造成石英晶体在电路中的行为，类似于某种电感器、电容器、与电阻器所组合成的RLC电路。

而这样的行为，本质上还是一种“简谐运动”，所以当然还是可以准确地记录时间了。

当然，从摆钟到机械表再到石英表，这些钟表的精度是不一样的。

比如说机械表的精度是每天会有五秒钟左右的误差，而石英表则基本上可以缩小到一个月才相差十几秒钟，可以说是进步巨大。

时间是平滑的，为什么有人感觉时间是一秒一秒跳动的？那是错觉。

一秒是人为规定的时间长度，许多计量单位都是人为规定的。

表上秒针走动的方式不同，我就见过匀速转动的秒针。