정확하게 돌아가는 시계의 원리가 궁금해요

안녕하세요. 과학전문가입니다.

1. 1초씩 움직이게 하는 원리

1초라는 시간마다 정확히 초침이 1칸씩 이동하도록 만들면 되는 것이지요.

1초라는 시간보다는 일정시간동안 정확히 움직이는 무언가를 만든다면, 그게 한번 움직일때 마다 초침이 일정하게 움직이게 만들면된다는 뜻이지요.

전자식 시계는 수정(쿼츠)를 사용합니다. 쿼츠의 고유진동은 28,800으로 1초에 28,800의 진동수를 가집니다. 이를 IC회로로 계산하여 배터리에서 28,800번의 진동 당 1초라는 숫자가 올라가게끔 설정하면 됩니다.

아날로그 시계는 태엽을 이용하여 태엽이 풀리는 시간으로 계산하여 1초의 초침이 움직이도록 합니다.

아주 쉽게 예를 들면, 태엽이 한번 풀리는데 0.1초가 걸린다면 태엽이 10번 풀릴때 초침이 1초 움직이게 연결하면 됩니다. 방법은 매우 쉽습니다. 태엽이 10바퀴 돌아가는 동안 초침 1번이 돌아가게끔 톱니바퀴의 갯수와 크기를 조절하면 되지요. 톱니바퀴의 이가 많고 지름이 큰 것과 지름이 작은 것을 같이 물리면, 큰 톱니바퀴가 한 바퀴 돌기위해서는 작은 톱니바퀴는 여러번 돌아야합니다.

위의 예시는 가장 쉽게 설명하기 위해 원리정도만 설명한 것이고, 실제 시계장치는 좀 더 복잡하게 구성되어 있습니다.

2. 고가의 시계가 더 정확한 이유

사실 왠만한 아날로그 시계보다 전자식 시계가 더 정확합니다. 고가의 시계가 정확하다는 이야기는 같은 아날로그 시계 대비 정확하다는 뜻이지요.

1. 분해능

위에 잠시 말했는데, 쿼츠는 1초에 28,800회를 진동한다고 했지요. 즉, 쿼츠를 이용하면 1초를 28,800으로 쪼개서 잴 수 있다는 이야기입니다. '분해능'이라고 하는 것이지요.

1바퀴 돌리는데 1초가 걸리는 톱니바퀴를 사용하면 0.5초는 잴 수 없겠지요?

5바퀴 돌리는데 1초가 걸리는 톱니바퀴를 사용한다면 0.2초 간격으로 측정이 가능할 것입니다. 시간을 좀 더 세밀하게 나눠서 측정할 수 있다는 것이지요.

2. 내구성

장치는 많이 쓰다보면, 점차 낡게 됩니다. 전자식 시계를 사용하는데 건전지가 충분하다면, 1초의 시간에 오차가 없는것과는 별게이지요.

즉, 오래 사용하다보면 톱니바퀴가 마모되고 하면서 1바퀴에 1초가 아니라 1.05바퀴에 1초.. 이런식으로 오차가 발생할 수 있습니다. 태엽도 마찬가지입니다. 기다란 금속을 둘둘 말아서 풀었다 말았다 하면서 사용하는데 오래 사용하면 느슨해지겠지요.

고가의 시계는 이런 부분의 내구성이나 변화가 더 적은 것들을 사용합니다.

물론 오래 간다는 뜻이므로 고가의 시계도 '오버홀'과 같은 청소 및 수리, 부품 점검을 해주어야 합니다.