Mechanické hodiny a jejich funkční prvky

Pro mechanické hodiny je důležitý zásobník energie

U elektrických hodin je hnací silou energie elektrická přiváděná z elektrické sítě a nebo chemická energie, která se baterii tranformuje v elektrickou energii. Závaží, péro, galvanický článek či jiné energetické zásobníky, například i power banky apod. jsou zásbníky energie, odkud se tato energie postupně odebírá v odměřených množstvích a prostřednictvím převodového ústrojí je přiváděna k oscilátoru, kde udržuje stálost jeho kmitů. Potřebnou energii pak odměřuje v mechanických hodinách zvláštní zařízení, tzv. "hodinový krok", který je doslova spojovacím článkem mezi hodinovým strojem a oscilátorem. Jedná se o ústrojí, které je trvale spojené s převodovým hodinovým soukolím, od kterého přejímá  hnací sílu. S oscilátorem, který je v běžných hodinách tvarem kyvadlo nebo setrvačky, je hodinový krok spojen jen v určitých okamžicích. Kmitání, kmitavý pohyb, oscilační pohyb nebo vibrace, je takový mechanický pohyb hmotného bodu - v našem případě tělesa, při kterém je tento hmotný bod vázán na určitou rovnovážnou polohu. Kmitající těleso pak vykoná jeden kmit, pokud projde celou dráhu a vrátí se do své původní polohy při stejné orientaci pohybu. Polovina kmitu, např. přechod z jedné krajní polohy do druhé nazýváme kyv, a tento pohyb u mechanických hodin zajišťují kyvadla. U obecného kmitavého děje lze za jeden kmit považovat návrat do původního stavu systému.

Hodinový krok

Krok hodin má dvě základní úlohy velmi důležité pro správný chod mechanického časoměrného přístroje, tedy mechanických hodin : Rozděluje totiž stálou hnací sílu na jednotilvé silové popudy, které přímo přenáší na oscilátor. Popudy pak udržují oscilátor v trvalém stejnoměrném kmitavém pohybu. Další důležitou úlohou hodinového kroku je sčítání kmitů oscilátoru. Předpokládáme-li pak, že oscilátor kmitá pravidelně, tedy že je kmit oscilátoru konstantní, funguje krok současně jako sčítací zařízení stálých časových intervalů. Oscilátor tedy můžeme laicky nazvat "kmitač" - kmitá se, osciluje.

Funkce oscilátoru v mechanických hodinách

Energie odměřená do stejných kvant přechází z kroku na oscilátor, který stálými kmity tvoří a neustále reprodukuje takto uměle utvořenou časovou jednotku, kterou odborně nazýváme časový normál - frekvenční normál. Stálost kmitočtu oscilátoru je proto hlavním předpokladem pro přesnost mechanických hodin. Pokud je tento kmitočet stálý, jeho kmity jsou rovnodobé, tedy izochronní. Abychom tedy lépe pochopilivýznam oscilátoru, pojďme si vysvětlitpodstatu uměle vytvořeného časového normálu a jeho vztah k pohybu oscilátoru. Je tedy znovu důležité připomenout si pojmy kyv a kmit.

• Kyv oscilátoru - pohyb z jedné krajní polohy do druhé krajní polohy.
• Kmit oscilátoru - skládá se ze dvou po sobě následujících kyvů. Během jednoho kmitu vyvolá oscilátor pohyb, při které se vrací do sxvé výchozí krajní polohy
• Amplituda - rozkmit - největší úhlová výchylka oscilátoru od jeho rovnovážné ( středové ) polohy.

 Oscilátor vykonává určitý počet kyvů za sekundu. Počet kmitů za sekundu udává tzv. kmitočet, tedy frekvenci. Vztah mezi kmitočtem a časem vyjadřuje vzorec 

f = 1/T

• f  je kmitočet udávaný v hertzech [ 1 hertz ( Hz ) = 1 kmit/s ]
• T je doba kyvu v sekundách

Tento vzorec rovněž vysvětluje podstatu časového nármálu a jeho závislost na pohybu oscilátoru.

Oscilátor tedy plní především funkci generátoru izochronních kmitů, ale reguluje i časový sled silových popoudů kroku, a tím zpětně řídí chod celého hodinového stroje s ukazovacím mechanismem. Po staletí převládal ručkový ukazatel s číselníkem v podobě pevného číselníku s jednou, dvěma a nebo více obíhajícími ručkami a nebo pevný ukazatel s jedním nebo více otočnými válcovými, kulovými či plošnými číselníky. Koncem 20. století se začal opět prosazovat číslicový ( digitální ) systém, známý již na konci 19. století. Ukazovací ústrojí mechanických hodin je vždy pevně spojenos hodinovým strojem a plynule či v daných časových intervalech ( sekundových, minutových ... ) průběžně udává přírůstek času.

Rozdělení mechanismu hodin

Rozdělení mechanismu hodin do čtyř základních skupin znázorňuje úvodní obrázek. Tyto čtyři základní skupiny mechanismu hodin platí v těchto základních rysech nejen pro mechanické, ale ale i pro všechny ostatní typy elektrických a elektronických hodin s tím, že u mechanických hodin dochází mezi některými funkčními celky, tedy například mezi krokem a oscilátorem nebo krokem a hnacím ústrojím k obousměrnému využití prvků. Obousměrností se zde rozumí přenos energie z kroku na oscilátor, a naopak přenos pohybu oscilátoru ve stálých časových intervalech zpět na krok a odtud na hodinový ukazatel