Salah satu hal yang sudah sangat jarang kita jumpai ialah jam bandul. Aku tertarik untuk menjelaskan bagaimana cara kerja jam bandul atau jam pendulum ini sebagai pengantar sebelum saya mengambarkan perihal jam nuklir yang gres saja saya pelajari konsepnya.
Di keluargaku sendiri yang punya jam bandul/pendulum ini hanya Mbahku di Madiun. Aku nggak tahu bagaimana sejarahnya jam itu ada di rumah Mbahku, tapi ketika pertama kali saya menemukannya, itu sudah tidak berfungsi lagi, kini tampaknya sudah di buang.
Tapi yang niscaya jam ini sangat populer, ada di ruang tamu orang-orang darah biru zaman dulu.
Jam Bandul (Pendulum)
Jam Pendulum atau dalam bahasa indonesia lebih dikenal sebagai jam bandul ini yaitu barang kuno yang dulu sangat populer, mungkin beberapa orang masih punya di rumahnya.
Jam yang bentuknya menyerupai lemari, kemudian di cuilan atasnya ada bundar yang mengatakan waktu, menyerupai jam yang kini kita kenal, kemudian di cuilan bawahnya ada pendulum yang berayun kanan kiri. Itu yaitu jam pendulum yang sangat terkenal pada masa ke 18-19.
Pengertian Pendulum
Di dalam KBBI, 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 menyerupai ini:
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 lantaran 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:
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 kalau pendulum bergerak dari titik 3 (sebagai titik awal) kemudian menuju ke titik 4, berayun menuju ke titik 2 dan kembali ke titik 3. Ini bisa kalian buktikan 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).
Sifat dari pendulum ini mendukung untuk perhitungan waktu, alasannya gerakan pendulum yang terkena resistensi udara tidak akan besar lengan berkuasa terhadap perhitungan jumlah osilasinya. Jika tertarik, silahkan lihat video demostrasinya di sini(B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=FSipEsvG9-U
Cara Kerja Jam Bandul / Pendulum
Nah gerakan dari pendulum dari kembali ke keadaan asalnya sanggup kita hitung dalam satuan waktu tertentu. Misalkan untuk satu gerakan sampai kembali ke posisi awalnya ternyata memerlukan 0.5 detik. Maka disebut 2 osilasi /detik. Ini konsep frekuensi yang sudah kita pelajari di SMP:
$ f = \frac{ketukan}{waktu} $
$ f = \frac{n}{t}$
Secara sederhana kalian juga niscaya sudah tahu kalau kita bisa menghitung waktu menurut dari jumlah ketukan pendulumnya. Misalkan pendulumnya bergerak sebanyak 2 kali dalam 1detik. Maka kalau ia bergerak 20 kali berarti waktu yang berjalan ialah 10 detik. Praktis kan?
Gerakan osilasi pendulum itu hanya dipengaruhi oleh panjang tali/lengan pendulum tersebut dan momen inersianya. Maka dengan menciptakan standard panjang tali/lengan pendulum kita akan sanggup memilih satuan waktu tertentu.
Misalkan, biar sebuah pendulum sanggup bergerak satu osilasi perdetik maka diharapkan panjang lengan pendulum sekitar 0.994 meter. Itu kalau lengan pendulumnya berupa seutas tali yang massanya sangat kecil dibandingkan beban.
Artinya kalau lengan pendulumnya terbuat dari logam dan massanya agak lebih besar maka panjang lengannya harus dikurangin. Di sinilah tugas dari desainer jam pendulum untuk menciptakan desain pendulum dengan panjang lengan dan materi yang standard.
Inilah yang mendasari kenapa jam pendulum itu ukurannya sampai satu lemari besar. Sebab banyak desainer yang mendesain jam-nya biar melaksanakan satu osilasi setiap detiknya, sehingga perlu panjang lengan pendulum kurang lebih 1meter.
Yap itulah konsep dasar dari jam pendulum.
Desain, prosedur dari roda gir di cuilan dalam jam dan cara mendeteksi ketukannya agak sulit untuk saya jelaskan lantaran perlu pemahaman gambar dalam 3D. Kalau kalian tertarik sanggup kalian pelajari di sini (B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=lDZHlcjQnOo
Cara Kerja Jam Mekanik
Setelah perkembangan jam pendulum, kemudian pada masa ke 17 kita memasuki era jam portabel. Ini diawali dengan ditemukannya sebuah benda yang bisa melaksanakan gerakan osilasi berulang-ulang secara teratur. Yap! Benda itu yaitu pegas spiral (spring).
Dengan memakai gerakan osilasi dari pegas, kita sanggup mencatat waktu dengan jauh lebih tepat alasannya gerakan pegas bisa jauh lebih sensitif dari pendulum. Frekuensi gerak pegas yang jauh lebih cepat juga menciptakan akurasi jam menjadi lebih tinggi lagi. Silahkan lihat cara kerjanya di sini (B. Inggris): https://www.youtube.com/watch?v=G1XBb7kJJWg&t=251s
Jika sebelumnya banyak yang memakai jam pendulum dengan akurasi satu osilasi/ detik. Maka dengan jam pegas ini sanggup mencapai 144 osilasi /detik. Artinya keberadaan jam pegas ini meningkatkan akurasi jam sampai 10menit perharinya kalau dibandingkan dengan jam pendulum.
Karena jam pegas ini dibentuk 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 diharapkan gir dan komponen yang semakin licin biar tidak terdapat resistensi dalam sentuhan antar gir. Sebab resistensi yang ada lantaran permukaan gir yang berangasan sanggup mengurangi akurasi jam.
Karena diperlukannya komponen gir yang licin dan tahan tepat maka inilah yang menciptakan harga-harga jam melambung tinggi di pasaran.
Mungkin kini kalian melihat penggunaan berlian di jam itu ditampilkan di cuilan luar sebagai ornamen. Tetapi pengrajin jam tangan di masa kemudian itu memakai batu-batu sekelas berlian untuk dijadikan gir cuilan dalam jam lantaran sifat materialnya yan sangat licin, keras, kuat dan tidak terpengaruh magnet.
Itu yang menjadikan musim harga jam tangan yang gila-gilaan bahkan sampai ketika ini.
Kesimpulan
Jadi konsep dasar dari cara kerja jam bandul dan jam mekanik ialah menghitung frekuensi dari gerakan berulang-ulang (osilasi) yang terjadi pada pendulum ataupun pegas.
Nah.. Karena ketika ini ilmuwan sudah mengetahui bahwa osilasi itu juga terjadi pada atom berupa gelombang, maka gelombang pada atom tersebut sanggup dipakai sebagai konsep gres dalam pengukuran waktu yang lebih akurat. Bagaimana konsepnya? Simak postinganku berikutnya perihal Jam Nuklir dan Penggunaannya di dalam GPS.
Sumber https://mystupidtheory.com