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标题: 如果手表的指针的重量是以中轴对称的，是不是可以更省电呢？ [打印本页]

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 00:05
标题: 如果手表的指针的重量是以中轴对称的，是不是可以更省电呢？
最近突然想到一个问题，手表的指针很大的一部分的电能是耗费在驱动指针上的（而大部分是秒针），证据是没有秒针的表比有秒针的表省电，秒针小的表（如码表）要比大指针的表省电。因为要考虑极端角度的情况下驱动秒针的扭力，因此需要消耗更大功率的输出来驱动这瞬间的转动过程。那么假如手表的3根针的角度通过一定的设计（比如厚度不均匀），让针的两边以中轴重量对称（物理上讲应该叫质量）那么是不是意味着可以以更小的外力驱动它转呢（虽然由静止到加速的过程需要力，但是应该比不对称的情况下消耗的能量要小），原理就像电梯的配重装置可以让电梯空载的时候重量大致相等以减少额外的功耗。但是现在的设计大部分都没有采用这种结构，应该是出于美观的考虑吧。

作者: 崔克斯博士 时间: 2016-6-7 00:07
今天有点疼，不知道怎么回事

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-7 00:13
虽然由静止到加速的过程需要力，但是应该比不对称的情况下消耗的能量要小

上面这句话，有些想当然了吧？你先要证明这点才能推导出你需要的结果。但是你又没法证明这点。

作者: 泡... 时间: 2016-6-7 00:14
需要考虑电池成本的石英表日本人已经做得很完美了

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 01:12
本帖最后由 ralfes 于 2016-6-7 01:31 编辑

韦伯猫发表于 2016-6-7 00:13
虽然由静止到加速的过程需要力，但是应该比不对称的情况下消耗的能量要小

上面这句话，有些想当然了吧？ ...

上面说到电梯的配重原理以及没有秒针的表更省电哇。在极端情况下，秒针指向正下方，要往上方转动，这个时候如果是非对称的表，那么扭力需要让秒针转动的加速过程，并且克服秒针的重力。但是如果是配重对称的情况下，要转动秒针仅仅需要让秒针转动，而不需要输出额外的功率来克服重力，就是将电能转化为秒针的重力势能。就如电梯无论是否带配重，由静止到加速启动的过程都需要外力，但是如果有配重则可以减少额外的能量来让电梯抬起来。由于手表的设计必须考虑各个朝向的情况下都能正常转动，因此秒针的功率输出必须大于最极端的情况下的功耗，从上面看，增加了重力势能转化的消耗。

概况就是几点：
1.设计的输出功率是峰值的功率，要兼容最极端的情况。
2.极端的情况下，没有配重装置的秒针比有配重装置的秒针增加了电能转换为重力势能的消耗。
3.假定具有配重和不具有配重的秒针做的总体质量（重量）相等。即加速用的力相同。这个通过现代的加工工艺应该不难实现。将指针打磨得一边薄一点或者换一种轻一点的材质做就可以了。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 01:26

泡... 发表于 2016-6-7 00:14
需要考虑电池成本的石英表日本人已经做得很完美了

我也知道存在即合理，但是我个人更倾向于认为这样设计是出于美感的考虑而不是能耗的考虑。就如很多手表只需要增加1mm的厚度，即可以装下cr2012或者cr2016 的电池，手表要跑10年15年是完全没压力。（目前很多配置了cr2010的手表都可以跑10年），但是它们不愿意这么干，而只是配置了sr626这类容量只有前者1/5不到的小电池，为了腾出这1mm的厚度。。。

作者: sepnber 时间: 2016-6-7 09:03
他们的解决方案是---光电动。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 11:13

sepnber 发表于 2016-6-7 09:03
他们的解决方案是---光电动。

光动能确实是个很不错的方案，但是如果冬天穿长袖几个月看不到光，其实对电池挺不好的，因为锂电池低电压放电不是很好。所以光动能的表还是要经常晒晒太阳。

作者: 翠管 时间: 2016-6-7 11:25
你提出了一个非常好的问题！这个问题也萦绕在我的脑海中长达数个世纪！而且我也与很多科学界的同行交流过，大家都觉得必须要攻破这个难关，因为这是关系到历史的发展、社会的进步、以及人类生存的问题，很可惜很多同行一想到要攻破这个难关的时候，就开始被精神上的强迫症所折磨直到离世。

作为一名和你一样对任何事物都要找出原因的学者而言，我不能因为这个问题被科学家和普通人的故意忽略而停止我的研究，所以我经过数个世纪的研究已经解决了这个问题。

第一个解决方式是，抛弃电子表，开始了机械表的制作，因此就不存在了指针耗电的问题。这就是为什么有了机械表的原因。

第二个解决方案是，在指针上吊一个氢气球，使得指针不需要靠电能来支撑，故此节省了百分之九十九的电能。不过由于成本比较昂贵，当然主要还是缺少像你这样认真执着的人，所以这个科学成果一直没能体现在电子表的产品上。

加油！看来我找到知音了！

作者: sepnber 时间: 2016-6-7 12:41

ralfes 发表于 2016-6-7 11:13
光动能确实是个很不错的方案，但是如果冬天穿长袖几个月看不到光，其实对电池挺不好的，因为锂电池低电压 ...

你低估了他们搞出来的充电效率，再辅以长期黑暗情况下的休眠保护，即使在库房里的盒子里放上几年都没问题。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 13:03

sepnber 发表于 2016-6-7 12:41
你低估了他们搞出来的充电效率，再辅以长期黑暗情况下的休眠保护，即使在库房里的盒子里放上几年都没问题 ...

正常情况下可以跑6个月左右，休眠情况下可以呆更长，我吐槽的正式它的休眠模式。比如g shock的数字指针有个ps模式，就是节能模式，会让数字不显示以节省电量，直到光照一段时间恢复正常，那么问题是，我长时间穿长袖，然后我真的需要看时间的时候拎出来看看，发现它的数字不显示了，要等光照一会儿才会显示，这不就失去了手表最基础的使用功能么。所以我一直很厌倦太阳能的款式。

作者: sepnber 时间: 2016-6-7 13:10

ralfes 发表于 2016-6-7 13:03
正常情况下可以跑6个月左右，休眠情况下可以呆更长，我吐槽的正式它的休眠模式。比如g shock的数字指针有 ...

不了解casio的太阳能技术，citizen的光动能我没觉得有什么不便，也没有你说的这种情况，也没有必要晒太阳，照明光源也一样充电，充电时间稍长些而已。

作者: sepnber 时间: 2016-6-7 13:14

ralfes 发表于 2016-6-7 13:03
正常情况下可以跑6个月左右，休眠情况下可以呆更长，我吐槽的正式它的休眠模式。比如g shock的数字指针有 ...

也许厂商之间的技术还是有差距的，据说光动能的技术专利以citizen为首，也因为这样，其它厂商的不能叫光动能，只能叫太阳能，也是专利保护的原因

作者: gutiwen 时间: 2016-6-7 14:05
本帖最后由 gutiwen 于 2016-6-7 14:08 编辑

正半周为指针提升做功，下半周指针下落释放能量，粗糙的说能量是平衡的。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 15:37

sepnber 发表于 2016-6-7 13:10
不了解casio的太阳能技术，citizen的光动能我没觉得有什么不便，也没有你说的这种情况，也没有必要晒太阳 ...

我的西铁城电波表冬天长袖2个月电量降到了2/4格（警告级别，1/4指针停走）。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 15:38
本帖最后由 ralfes 于 2016-6-7 15:49 编辑

gutiwen 发表于 2016-6-7 14:05
正半周为指针提升做功，下半周指针下落释放能量，粗糙的说能量是平衡的。

但是这部分的能量是没法被吸收复用的。所以实际上输出功率的时候还是不得不应对最耗的那半周。但是如果指针的质量是做成以中轴对称的话，无论手表朝向任何一个方向，都可以做到配重的重力抵消。

作者: hongsam 时间: 2016-6-7 16:39
对称不好看，现在指针做成长细和短粗估计也有这样的考量吧。

作者: gutiwen 时间: 2016-6-7 17:59

ralfes 发表于 2016-6-7 15:38
但是这部分的能量是没法被吸收复用的。所以实际上输出功率的时候还是不得不应对最耗的那半周。但是如果指 ...

我已经说了粗糙的说，要细说的话针所谓的平衡是增加质量的，那部分增加的质量的运动是要耗电的。
你能说清楚二种状态那个费电吗？
再说一根针水平位置平衡并不能保证360度任意位置都是平衡的，除非把针做成圆片，所以你的理想
状态的针只能是圆片，那就要增加几十倍的质量，那你想想还会省电吗？我还要说粗糙的说，如果认
真的话是要通过计算的。

作者: gutiwen 时间: 2016-6-7 18:10

ralfes 发表于 2016-6-7 15:38
但是这部分的能量是没法被吸收复用的。所以实际上输出功率的时候还是不得不应对最耗的那半周。但是如果指 ...

“做成以中轴对称的话，无论手表朝向任何一个方向，都可以做到配重的重力抵消”
不可能吧？再想想。

作者: Yard-O-Led 时间: 2016-6-7 18:56

gutiwen 发表于 2016-6-7 18:10
“做成以中轴对称的话，无论手表朝向任何一个方向，都可以做到配重的重力抵消”
不可能吧？再想想。

轴对称是不可能的，除非做成点对称的圆盘。圆盘就要增加几十倍的重量了。
不过，我记得手表核心的擒纵机构能量输出是脉冲式的？如果是的话，表针加重或减轻就都不能节能了。

作者: lyfy 时间: 2016-6-7 19:07

gutiwen 发表于 2016-6-7 18:10
“做成以中轴对称的话，无论手表朝向任何一个方向，都可以做到配重的重力抵消”
不可能吧？再想想。

这个得做成一个球这样才能不管怎么动都能保持不偏离中心不过这个得要电子陀螺仪才能做到吧

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 19:14
本帖最后由 ralfes 于 2016-6-7 19:39 编辑

gutiwen 发表于 2016-6-7 18:10
“做成以中轴对称的话，无论手表朝向任何一个方向，都可以做到配重的重力抵消”
不可能吧？再想想。

[attach]1276345[/attach]对于任意形状的A和B，将A块和B块都处理成质点，即作用于物件重心的具有重力的质点，只需要要满足条件力的方向和力臂的乘积相等（力矩相等）即可取得均衡。然后力只要重心A点和B点的重力相等，然后力臂AC,BC相等（准确讲应该是AC乘以cos转角，但是转角是相同的），即可满足条件，和角度无关。实际上工艺上有办法实现，而且可以通过让指针的厚度变薄或者改变金属材质的材料（密度），让指针维持原来整体指针的质量（重量）。而且这种情景是针对需要将指针从静止变为运动再变为静止的情景，假设让指针一直匀速转，那么输出的功率理论上指需要克服中轴的摩擦力即可，连指针总体的质量（重量）大小都可以忽略。因为在忽略摩擦力的情况下，只有让指针从静止变为运动的状态需要外力维持，如果指针一直做匀速率（不算朝向改变）运动，并不需要外力维持。当然真实的情景有摩擦力的存在，所以输出的功率只需要克服摩擦力即可。

作者: Yard-O-Led 时间: 2016-6-7 20:30

ralfes 发表于 2016-6-7 19:14
对于任意形状的A和B，将A块和B块都处理成质点，即作用于物件重心的具有重力的质点，只需要要满足条件力的 ...

兄可曾用过精密托盘天平？托盘轴对称，且固定轴通过托盘重心，符合条件吧？但是可以水平保持平衡，却几乎不可能任意角度保持平衡。所以，1：实际加工完全对称的指针是几乎不可能的，如果设计轴对称的指针，因加工误差导致的残余阻力扭矩可能大于现有的半臂指针；2：上文的计算没有问题，但是是基于惯性系的，若在非惯性系模型就要变化了。比如实际地球表面重力场不是均匀的，当A、B距离地心不等时，A、B所在处的重力加速度也不同，所以平衡位置就不是任意的了。M（a)*L（a)=M（b)*L（b)，但M（a)*g(a)*L（a)≠M（b)*g(b)*L（b)，原因为g(a)≠g(b)，所以力矩不再平衡。

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-7 21:36

ralfes 发表于 2016-6-7 01:12
上面说到电梯的配重原理以及没有秒针的表更省电哇。在极端情况下，秒针指向正下方，要往上方转动，这个时 ...

算过吗？实验过吗？没算过没实验过都是纯yy

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-7 21:38

ralfes 发表于 2016-6-7 13:03
正常情况下可以跑6个月左右，休眠情况下可以呆更长，我吐槽的正式它的休眠模式。比如g shock的数字指针有 ...

用过吗？没用过就是yy啦

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-7 21:40

ralfes 发表于 2016-6-7 01:26
我也知道存在即合理，但是我个人更倾向于认为这样设计是出于美感的考虑而不是能耗的考虑。就如很多手表只 ...

你知道同一款表厚1mm或者薄1mm会对手感和佩戴舒适度造成多大的影响吗？

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-7 21:46

ralfes 发表于 2016-6-7 19:14
对于任意形状的A和B，将A块和B块都处理成质点，即作用于物件重心的具有重力的质点，只需要要满足条件力的 ...

简单说就是增加的质量的惯性只会让能耗增加，另外不平衡的情况下水平放置不存在你说的有理因素，垂直放置的时候，半圈因为重力需要驱动指针，另外半圈指针靠重力下降，电池只需要驱动齿轮不需要驱动指针。仔细看看老顾的帖子多读几遍把。

作者: 民君 时间: 2016-6-7 22:29
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作者: ralfes 时间: 2016-6-7 23:13

韦伯猫发表于 2016-6-7 21:38
用过吗？没用过就是yy啦

光动能的和非光动能的都用过，g shock和非g shock的都有。非光动能的，大秒针的和小秒针的码表都用过，按电池的实际寿命，使用小秒针的码表的寿命要比长秒针的长。所以你说的只需要克服齿轮的阻力而不需要考虑秒针重量这个我不认同。就算是克服齿轮阻力，大秒针和小秒针的齿轮的阻力应该也是不同的。你说yy也没有不对，但是我提出的是猜想，而不是结论。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 23:15

韦伯猫发表于 2016-6-7 21:40
你知道同一款表厚1mm或者薄1mm会对手感和佩戴舒适度造成多大的影响吗？

看是什么表吧，我有几个廉价的石英指针表和几个廉价的g shock ，厚度不同的，对手感和佩戴的舒适度没有任何实际的影响。

作者: ralfes 时间: 2016-6-7 23:20

韦伯猫发表于 2016-6-7 21:46
简单说就是增加的质量的惯性只会让能耗增加，另外不平衡的情况下水平放置不存在你说的有理因素，垂直放置 ...

惯性确实随着质量增大而增加，所以在5#的假设是让指针质量不增加为前提的。

作者: 泡... 时间: 2016-6-7 23:52

ralfes 发表于 2016-6-7 23:20
惯性确实随着质量增大而增加，所以在5#的假设是让指针质量不增加为前提的。

既然可以做到质量不增加，那么一根完全正常设计制造的指针也可以在你的“不增加质量”的基础上减少几乎一半的质量不是么。

作者: ralfes 时间: 2016-6-8 00:00

泡... 发表于 2016-6-7 23:52
既然可以做到质量不增加，那么一根完全正常设计制造的指针也可以在你的“不增加质量”的基础上减少几乎一 ...

好像确实是这个道理哦

好像白折腾了说。

作者: gutiwen 时间: 2016-6-8 07:12
本帖最后由 gutiwen 于 2016-6-8 08:55 编辑

ralfes 发表于 2016-6-7 23:13
光动能的和非光动能的都用过，g shock和非g shock的都有。非光动能的，大秒针的和小秒针的码表都用过，按 ...

说明问题前提一定要正确，要有说服力.
"使用小秒针的码表的寿命要比长秒针的长”
如果不是同牌同一款表把这种说法当前提
的做法似乎有点太随意吧，这样的话，说实话讨论问题就有点累了。
不好意思打住吧!

作者: 韦伯猫 时间: 2016-6-8 07:45

ralfes 发表于 2016-6-8 00:00
好像确实是这个道理哦好像白折腾了说。

随便怀疑全世界这么多最聪明的工程师几百年来的智慧结晶这种行为是不是本来就有点那啥啊

作者: YZW 时间: 2016-6-8 09:23
本帖最后由 YZW 于 2016-6-8 09:25 编辑

哈哈哈！看到此贴，发现喜欢钢笔的人有某种特性，可以做下聚类研究一下，我曾经也有一样的想法，我当时想，如果手表边缘垂直于地面，那么在0到6点或者6到12点之间，指针肯定会在某个阶段指针会克服重力做功，因此，比较省电的方法是，每30秒钟，旋转一下腕关节，让指针始终沿重力方向（分力）方向做功（其实是依赖重力作用移动下去）。这样最省电，哈哈。想来就想笑。

作者: 翠管 时间: 2016-6-8 09:44

YZW 发表于 2016-6-8 09:23
哈哈哈！看到此贴，发现喜欢钢笔的人有某种特性，可以做下聚类研究一下，我曾经也有一样的想法，我当时想， ...

你可不能随便笑！这是个大是大非的原则问题，关系到历史发展、社会进步、和人类生存的问题。为了端正你的思想，学习学习本帖9楼的帖子，你就懂得了。

不要笑！

作者: ralfes 时间: 2016-6-8 11:57

韦伯猫发表于 2016-6-8 07:45
随便怀疑全世界这么多最聪明的工程师几百年来的智慧结晶这种行为是不是本来就有点那啥啊

确实是存在即合理的道理。不过知道问题原因比得到答案本身有趣。上面假设3，【在弄成配重装置而不增加原来的质量】本身是个不存在的假设，后面大脑短路了。

作者: ilikehome 时间: 2016-6-8 12:17
本帖最后由 ilikehome 于 2016-6-8 12:19 编辑

你说的显然对的。
另外石英表是一秒一跳，日本出过五秒一跳的石英表，但是电池寿命太短了。
找到这 http://bbs.xbiao.com/137/37269.html

作者: pidan 时间: 2016-6-8 14:07
手表平放的时候，两边质量对称的指针的指针，摩擦力小点，但做到对称后总体质量增加了，这里又抵消了多少？表针如果跟地面垂直，不对称的秒针在6到12的位置爬得很辛苦，但另一边很轻松，抵消了。对称的估计没优势。

作者: ralfes 时间: 2016-6-8 14:21

pidan 发表于 2016-6-8 14:07
手表平放的时候，两边质量对称的指针的指针，摩擦力小点，但做到对称后总体质量增加了，这里又抵消了多少？ ...

不存在这种抵消的，如果要走时准确，必须要让齿轮固定秒针的移动，而驱动齿轮转动的输出功率必须大于任何情况下的最大功率，即要考虑爬坡的情况以及下坡的情况的重力抗衡（不让它由于重力作用而掉下来，这会影响到走时的准确性），才能保证走时准确。上面的假设是通过配重的设计减小这种损耗，但是因为秒针是瞬跳而不是匀速转动，所以秒针由静止到运动过程需要外力加速，而惯性的影响和质量成比例，比如a= f/m，所以增大的质量会增大这个过程的消耗。所以5楼是假设质量不增加的，但是后面发现这种假设是脑进水了。因为如果真的可以做到增加配重装置而不增加质量的话，实际上也意味着原本就可以将质量缩减到一半。

作者: YZW 时间: 2016-6-10 14:09

翠管发表于 2016-6-8 09:44
你可不能随便笑！这是个大是大非的原则问题，关系到历史发展、社会进步、和人类生存的问题。为了端正你的 ...

看过。。。。已笑岔

作者: YZW 时间: 2016-6-10 14:15

翠管发表于 2016-6-8 09:44
你可不能随便笑！这是个大是大非的原则问题，关系到历史发展、社会进步、和人类生存的问题。为了端正你的 ...

我朋友说可以半分钟拿一次大顶。。。这个思想很像当年那个用刀片电解水的。。。思想是，水分子由两个氢原子和一个氧原子，用比较细的刀不停的切，总可以把某些氢原子和氧原子分离开。。。哈哈

作者: 翠管 时间: 2016-6-10 16:17

YZW 发表于 2016-6-10 14:15
我朋友说可以半分钟拿一次大顶。。。这个思想很像当年那个用刀片电解水的。。。思想是，水分子由两个氢原 ...

嗯！看来你是已经破解了这个难题！继续努力！

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