TEKNOLOGI JAM: CARA
KERJA JAM BANDUL & JAM MEKANIK
Disini penulis akan menjelaskan bagaimana
cara kerja jam bandul atau jam pendulum dan Jam Mekanik.
Jam Bandul
(Pendulum)
Jam
Pendulum atau dalam bahasa indonesia lebih dikenal sebagai jam bandul ini adalah
barang kuno yang dulu sangat populer, mungkin beberapa orang masih punya di
rumahnya.
Jam
yang bentuknya seperti lemari, kemudian di bagian atasnya ada lingkaran yang
menunjukkan waktu, seperti jam yang sekarang kita kenal, kemudian di bagian
bawahnya ada pendulum yang berayun kanan kiri. Itu adalah jam pendulum yang
sangat populer pada abad ke 18-19.
Pengertian Pendulum
Di
dalam kamus besar bahasa Indonesia, pendulum diartikan sebagai “bandul yang
bergantung pada seutas tali (rantai dan sebagainya) atau gantungan yang relatif
panjang”. Pendulum sederhana itu berupa beban yang digantungkan dengan tali
atau bisa juga beban yang digantungan oleh statif (batang besi). Berat dari
beban tersebut harus jauh lebih besar dibandingkan dengan berat tali/statif
yang menggantungnya. Gambar sederhananya seperti ini:
Contoh pendulum sederhana. Merah: bandul, Biru: tali.
Ketika
sebuah pendulum itu digerakkan/diayunkan maka akan terjadi gerakan bolak balik.
Di dalam ruang vakum sempurna, gerakan bolak-balik ini akan berlangsung terus
menerus karena tidak ada resistensi udara (Hk. Newton 1).
Konsep
Osilasi/Ketukan
Osilasi
atau ketukan ialah konsep gerakan yang berulang-ulang secara teratur/reguler.
Galileo
sebelumnya telah mendefinisikan bahwa salah satu sifat pendulum sederhana ialah
gerakan bolak balik ke posisi awalnya (1 osilasi/ketukan) memerlukan waktu yang
sama walaupun jarak yang ditempuh oleh pendulum berbeda-beda. Coba amati gambar
ini:
Pendulum Sederhana
Berdasarkan
pengamatan Galileo, waktu yang dibutuhkan pendulum untuk bergerak dari titik 3
(sebagai titik awal) kemudian menuju ke titik 5, berayun menuju titik 1 dan
kembali ke titik 3 akan sama dengan jika pendulum bergerak dari titik 3
(sebagai titik awal) kemudian menuju ke titik 4, berayun menuju ke titik 2 dan
kembali ke titik 3. Ini dapat dibuktikan sendiri di rumah.
Jadi
waktu perjalanan dari titik awal menuju ke titik posisi maksimum pertama
(kanan) kemudian berbalik ke posisi maksimum kedua (kiri) dan kembali ke titik
awal akan stabil(tetap) pada satuan waktu tertentu (beberapa detik).
Pendulum
Sifat
dari pendulum ini mendukung untuk perhitungan waktu, sebab gerakan pendulum
yang terkena resistensi udara tidak akan berpengaruh terhadap perhitungan
jumlah osilasinya.
Cara Kerja Jam
Bandul / Pendulum
Nah
gerakan dari pendulum dari kembali ke keadaan asalnya dapat kita hitung dalam
satuan waktu tertentu. Misalkan untuk satu gerakan hingga kembali ke posisi
awalnya ternyata memerlukan 0.5 detik. Maka disebut 2 osilasi /detik. Ini
konsep frekuensi yang sudah kita pelajari di sekolah menengah pertama:
f=ketukanwaktu
f=nt
Secara
sederhana kalian juga pasti sudah tahu kalau kita bisa menghitung waktu
berdasarkan dari jumlah ketukan pendulumnya. Misalkan pendulumnya bergerak
sebanyak 2 kali dalam 1detik. Maka jika ia bergerak 20 kali berarti waktu yang
berjalan ialah 10 detik.
Gerakan
osilasi pendulum itu hanya dipengaruhi oleh panjang tali/lengan pendulum
tersebut dan momen inersianya. Maka
dengan membuat standard panjang tali/lengan pendulum kita akan dapat menentukan
satuan waktu tertentu.
Misalkan,
agar sebuah pendulum dapat bergerak satu osilasi perdetik maka diperlukan
panjang lengan pendulum sekitar 0.994 meter. Itu jika lengan pendulumnya berupa
seutas tali yang massanya sangat kecil dibandingkan beban.
Artinya
jika lengan pendulumnya terbuat dari logam dan massanya agak lebih besar maka
panjang lengannya harus dikurangin. Di sinilah peran dari desainer jam pendulum
untuk membuat desain pendulum dengan panjang lengan dan bahan yang standard.
Inilah
yang mendasari kenapa jam pendulum itu ukurannya hingga satu lemari besar.
Sebab banyak desainer yang mendesain jam-nya agar melakukan satu osilasi setiap
detiknya, sehingga perlu panjang lengan pendulum kurang lebih 1meter.
Desain,
mekanisme dari roda gir di bagian dalam jam dan cara mendeteksi ketukannya agak
sulit untuk aku jelaskan karena perlu pemahaman gambar dalam 3D. Kalau kalian tertarik
dapat kalian pelajari di sini (B. Inggris):
Cara Kerja Jam
Mekanik
Setelah
perkembangan jam pendulum, kemudian pada abad ke 17 kita memasuki era jam
portabel. Ini diawali dengan ditemukannya sebuah benda yang mampu melakukan
gerakan osilasi berulang-ulang secara teratur. Benda itu adalah pegas spiral
(spring).
Komponen jam mekanik
menggunakan pegas
Dengan
menggunakan gerakan osilasi dari pegas, kita dapat mencatat waktu dengan jauh
lebih tepat sebab gerakan pegas bisa jauh lebih sensitif dari pendulum.
Frekuensi gerak pegas yang jauh lebih cepat juga membuat akurasi jam menjadi
lebih tinggi lagi. Silahkan lihat cara kerjanya di sini (B. Inggris):
Jika
sebelumnya banyak yang menggunakan jam pendulum dengan akurasi satu osilasi/
detik. Maka dengan jam pegas ini dapat mencapai 144 osilasi /detik. Artinya
keberadaan jam pegas ini meningkatkan akurasi jam hingga 10menit perharinya
jika dibandingkan dengan jam pendulum.
Karena
jam pegas ini dibuat portabel bahkan menjadi jam tangan, maka ukuran dari
komponen-komponennya semakin kecil. Ukuran komponen yang kecil harus didukung
dengan permukaan gir yang licin dan tanpa resistensi.
Semakin
kecil jam tersebut maka diperlukan gir dan komponen yang semakin licin agar
tidak terdapat resistensi dalam sentuhan antar gir. Sebab resistensi yang ada
karena permukaan gir yang kasar dapat mengurangi akurasi jam.
Karena
diperlukannya komponen gir yang licin dan tahan sempurna maka inilah yang
membuat harga-harga jam melambung tinggi di pasaran.
Mungkin
sekarang kalian melihat penggunaan berlian di jam itu ditampilkan di bagian
luar sebagai ornamen. Tetapi pengrajin jam tangan di masa lalu itu menggunakan
batu-batu sekelas berlian untuk dijadikan gir bagian dalam jam karena sifat
materialnya yan sangat licin, keras, kuat dan tidak terpengaruh magnet. Itu
yang menyebabkan trend harga jam tangan yang gila-gilaan bahkan hingga saat
ini.
Kesimpulan
Dari
penjelasan diatas dapat di simpulkan
bahwa konsep dasar dari cara kerja jam bandul dan jam mekanik ialah
menghitung frekuensi dari gerakan berulang-ulang (osilasi) yang terjadi pada
pendulum ataupun pegas.
Selain
itu, saat ini ilmuwan sudah mengetahui bahwa osilasi itu juga terjadi pada atom
berupa gelombang, maka gelombang pada atom tersebut dapat digunakan sebagai
konsep baru dalam pengukuran waktu yang lebih akurat.
Referensi:
Tidak ada komentar:
Posting Komentar