Sự cộng hưởng là gì? Cách nó hoạt động trong một chiếc đồng hồ

Khái niệm cộng hưởng bắt đầu từ khi nào?

Cộng hưởng chính xác là gì và nó hoạt động như thế nào? Hãy cùng Duy Anh Watch tìm hiểu về hiện tượng cộng hưởng trong chế tạo đồng hồ. 

Hiện tượng chuyển động đồng bộ đã thu hút những người thợ đồng hồ kể từ thời Christiaan Huygens (1629-1695). Huygens, người phát minh ra đồng hồ quả lắc, là người đầu tiên phát hiện ra sự cộng hưởng của hai đồng hồ quả lắc riêng biệt, mà ông phỏng đoán một cách hợp lý sẽ giữ thời gian hơi khác nhau. Tuy nhiên, khi được treo trên một chùm chung, các con lắc của các đồng hồ liền kề đồng bộ hóa. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã xác nhận rằng thanh gỗ thông thường kết hợp với các rung động và tạo ra sự cộng hưởng.

Hai con lắc hoạt động như một theo cách đồng bộ, tồn tại và xảy ra cùng một lúc. Một cú sốc bên ngoài làm chậm một trong số chúng sẽ làm tăng tốc độ của cái kia theo cùng một lượng; nhưng cả hai sẽ cố gắng lấy lại sự cộng hưởng, tính trung bình và giảm thiểu tác động của ảnh hưởng bên ngoài khi nó tìm thấy nhịp điệu của mình.

Cộng hưởng hoạt động như thế nào?

Một sự vật đang chuyển động gây ra rung động trong môi trường xung quanh. Khi một sự vật khác có tần số cộng hưởng tự nhiên tương tự như sự vật đầu tiên nhận được những rung động này, nó sẽ hấp thụ năng lượng từ cơ thể đó và bắt đầu rung động ở cùng tần số theo cách thông cảm. Hãy lấy ví dụ về một ca sĩ đã qua đào tạo, người có thể giữ một nốt nhạc khiến âm thoa được điều chỉnh theo cùng tần số rung lên – đó là sự cộng hưởng. 

Do đó, để các bộ dao động của chuyển động đồng hồ có thể đồng bộ hóa với nhau, chúng phải được điều chỉnh chặt chẽ. Hãy tưởng tượng một đứa trẻ nhỏ đang cố gắng đồng bộ hóa các bước với người lớn; đứa trẻ không có khả năng đồng bộ hóa nhiều hơn một vài bước vì độ dài của các bước của chúng quá khác nhau để tạo ra tiếng vang.

Hoặc tưởng tượng bạn đang đẩy một đứa trẻ trên xích đu: đứa trẻ và xích đu tạo thành một con lắc tự nhiên, con lắc này sẽ có tần số tự nhiên vốn có (tốc độ đu đưa qua lại). Nếu bạn đẩy sai tần số (quá nhanh hoặc quá chậm) thì bạn có khả năng chặn chuyển động và làm chậm quá trình xoay người; tuy nhiên, nếu bạn đẩy bằng hoặc gần với tần số tự nhiên của xích đu thì bạn sẽ tăng biên độ của trẻ và xích đu.

Một ví dụ khác là một thí nghiệm nổi tiếng sử dụng hai âm thoa trên bàn. Nếu bạn đánh vào một trong các âm thoa và áp đế của nó vào mặt bàn để tạo ra một nốt nhạc, nếu bạn cũng đặt nó cạnh một âm thoa thứ hai, thì nó cũng sẽ bắt đầu rung và tạo ra âm thanh tương tự, mặc dù nó không bị đánh.

Lịch sử cộng hưởng trong ngành chế tác đồng hồ

Nói một cách chính xác, tất cả đồng hồ cơ học, dù là đồng hồ quả lắc hay đồng hồ tự động có bánh xe cân bằng, đều có thể được mô tả là 'cộng hưởng' – mỗi loại có một tần số tự nhiên mà chúng dao động hoặc dao động, được sử dụng để giữ thời gian. Tuy nhiên, điều làm nên sự khác biệt của đồng hồ cộng hưởng là sự phức tạp trong việc khai thác các lợi ích về thời gian hiện hành bằng cách giới thiệu một chức năng phức tạp thể hiện hiện tượng cộng hưởng được mô tả ở trên.

Christiaan Huygens, người phát minh ra đồng hồ quả lắc, lần đầu tiên nhận thấy trong xưởng của mình vào năm 1655 rằng nếu ông có nhiều đồng hồ quả lắc được treo trên cùng một thanh gỗ, thì theo thời gian dao động của những quả lắc này sẽ đồng bộ với nhau. Nếu anh ấy làm gián đoạn điều này và đặt chúng độc lập, anh ấy nhận thấy chúng sẽ lại tự động đồng bộ hóa một lần nữa. Điều này đánh dấu ví dụ đầu tiên về sự cộng hưởng.

Đóng góp đáng chú ý tiếp theo cho sự phát triển của cộng hưởng là của Antide Janvier, một thợ làm đồng hồ người Pháp, người nổi tiếng với việc tạo ra đồng hồ “con lắc đôi” hoặc “đồng hồ cộng hưởng”, kết hợp hai chuyển động hoàn toàn riêng biệt với bộ thoát và con lắc riêng vào cùng một chiếc đồng hồ. với các con lắc đặt gần nhau. Giả thuyết ban đầu của ông khi bắt đầu công việc này đã được chứng minh là đúng: cộng hưởng có nghĩa là các con lắc cuối cùng sẽ đồng bộ hóa và dao động qua lại ở cùng một tần số, dẫn đến sự cải thiện tổng thể về độ chính xác vì bất kỳ phương sai nào về tần số dao động của một trong hai con lắc đều được tính trung bình.

Sự cộng hưởng cũng là thứ được cho là một trong những nhà chế tác đồng hồ có ảnh hưởng nhất trong lịch sử, Abraham-Louis Breguet. Vào thế kỷ 18, Abraham-Louis Breguet đã thể hiện trình độ vật lý bậc thầy của mình với chiếc đồng hồ cộng hưởng con lắc đôi của mình. Sự cộng hưởng trong chế tạo đồng hồ là một điều hiếm thấy, ngày nay chỉ có một số ít thợ đồng hồ kết hợp nó vào công việc của họ, điều này cho thấy mức độ phức tạp về mặt kỹ thuật của nó. 

Tiếp nối công việc của Antide, chiếc đồng hồ quả lắc đôi nổi tiếng của Breguet từ đầu những năm 1800 đã sử dụng sự cộng hưởng để giữ cho các con lắc ở đúng pha đối diện với dao động của chúng, với bất kỳ phương sai nào trong một dao động sau đó sẽ bị triệt tiêu bởi dao động kia nhờ hiện tượng cộng hưởng một lần nữa giúp duy trì mức độ chính xác cao hơn trong đồng hồ.

Breguet cũng trở thành người đầu tiên kết hợp hai chiếc cân vào một chiếc đồng hồ bỏ túi duy nhất, đặt chúng gần nhau đến mức chúng sẽ khai thác được lợi ích của sự cộng hưởng. Chỉ có một số ví dụ như vậy trên thế giới, một trong số đó đã được bán đấu giá vào năm 2012 và cuối cùng được bán lại sau đó với giá khổng lồ 4.339.000 CHF hoặc gần 3,6 triệu bảng Anh.

Ưu điểm của cộng hưởng trong đồng hồ

Những lợi thế của cộng hưởng là gấp đôi:

1 – Nó có tác dụng ổn định thời gian hiện hành, nghĩa là độ chính xác cao hơn.

2 – Nó giúp giảm các tác động tiêu cực đến độ chính xác của đồng hồ, chẳng hạn như nhiễu loạn từ bên ngoài như cú sốc, từ đó giữ cho tỷ lệ ổn định hơn dẫn đến độ chính xác tăng lên.

Xem thêm:

• Đồng hồ cộng hưởng: Kỳ quan vô danh của thế giới đồng hồ sang trọng
• Đồng hồ thương hiệu Maurice Lacroix có tốt không?