기계식 시계 원리: 태엽, 밸런스 휠, 하루 오차

기계식 시계 안에는 무엇이 있을까

기계식 시계에는 배터리가 필요 없습니다. 감긴 태엽이 에너지를 담고, 초당 8번 왔다 갔다 하는 밸런스 휠이 그 에너지를 같은 크기의 걸음으로 풀어 줍니다. 기계식 손목시계를 귀에 대 보면 벽시계보다 훨씬 빠르고 고른 째깍 소리가 들립니다. 이 소리는 어디서 나고, 왜 이렇게 일정할까요? 이 전시는 수동 무브먼트 하나를 통째로 열어 놓고, 크라운을 돌리는 손가락의 힘이 초침의 한 칸 한 칸이 되기까지 어떤 길을 지나는지 따라갑니다.

모형은 시와 분, 초만 보여 주는 지름 약 26 mm 무브먼트로, 흔한 남성용 손목시계 크기입니다. 브리지가 덮인 뒷면에서 보면 힘이 지나가는 순서대로 부품이 놓여 있습니다. 크라운으로 태엽통 안의 메인스프링을 감습니다. 태엽통은 윤열이라 부르는 바퀴 줄을 돌리고, 윤열 끝의 이스케이프 휠은 팔레트 포크가 잡았다 놓았다 합니다. 팔레트 포크를 움직이는 것은 헤어스프링에 매달려 앞뒤로 흔들리는 밸런스 휠입니다.

숫자 몇 가지는 공개 자료에 나오는 실제 시계의 값을 그대로 썼습니다. 시간당 21,600과 28,800이라는 흔한 진동수가 그렇습니다. 이가 15개인 이스케이프 휠, 대략 8시간에 한 바퀴 도는 태엽통, 5바퀴로 약 40시간을 가는 메인스프링, 바퀴의 잇수, 밸런스의 관성 모멘트, 진폭이 줄어드는 곡선은 계산이 맞아떨어지고 움직임이 잘 보이도록 정한 모형 값입니다. 본문에서 어느 쪽인지 따로 밝혀 두었습니다.

힘은 메인스프링에서 나옵니다

손목시계는 진자시계처럼 줄에 추를 매달 수가 없습니다. 팔에 차고 다니며 이리저리 돌아가기 때문입니다. 그래서 길고 얇은 강철 태엽을 태엽통이라는 원통 안에 감아 두고, 거기에 힘을 담습니다.

크라운을 돌리면 스템이 작은 감기 피니언을 돌립니다. 감기 피니언은 크라운 휠을, 크라운 휠은 태엽통 축 위에 얹힌 래칫 휠을 돌립니다. 축이 돌면 태엽 안쪽 끝이 축에 바짝 감깁니다. 용수철이 달린 작은 멈춤쇠인 클릭이 래칫 이 사이에 걸려서 축이 거꾸로 풀리지 않게 붙잡습니다. 전시의 「태엽 감기」 막대를 올려 보면 크라운이 돌고, 래칫이 나아가고, 태엽통 안의 태엽이 축 쪽으로 조여드는 모습이 보입니다.

태엽 바깥쪽 끝은 태엽통 벽에 걸려 있습니다. 태엽이 풀리려고 하면서 태엽통 자체를 돌리고, 태엽통 둘레에 깎은 이가 시계의 나머지 부분을 움직입니다. 이 모형의 태엽은 한 번 다 감으면 약 40시간 갑니다(모형 값). 매일 같은 시각에 감다가 조금 늦어도 16시간쯤 여유가 있는 셈입니다.

몇 시간을 몇 초로 바꾸는 톱니바퀴

태엽통은 아주 천천히 돕니다. 이 모형에서는 이 96개짜리 태엽통이 센터 휠의 잎 12개짜리 피니언을 돌리므로, 태엽통이 한 바퀴 돌 때 센터 휠은 여덟 바퀴 돕니다. 센터 휠은 1시간에 한 바퀴 돌기 때문에 태엽통은 8시간에 한 바퀴가 됩니다.

센터 휠부터는 빨라집니다. 센터 휠의 이 80개가 서드 휠의 잎 10개짜리 피니언을 돌리고(8배), 서드 휠의 이 75개가 포스 휠의 잎 10개짜리 피니언을 돌립니다(7.5배). 둘을 곱하면 포스 휠은 1시간에 60바퀴, 1분에 한 바퀴를 돌아서 스몰 세컨드 바늘을 달 수 있습니다. 포스 휠의 이 96개는 다시 이스케이프 휠의 잎 6개짜리 피니언을 16배로 돌립니다.

아무것도 막지 않으면 메인스프링은 이 바퀴들을 눈 깜짝할 사이에 다 돌려 버리고 바늘은 문자판 위를 미친 듯이 돌 겁니다. 무브먼트의 나머지 부품은 이 바퀴들이 작고 고른 걸음으로만 나아가게 하려고 있습니다.

레버 탈진기가 바퀴를 이 반 개씩 보내는 방법

요즘 시계의 이스케이프 휠은 강철로 만들고, 끝이 납작하게 뭉툭한 이(클럽 투스) 15개가 달려 있습니다. 그 옆에 팔레트 포크가 축을 두고 놓여 있습니다. 포크 한쪽 끝에는 합성 루비로 만든 팔레트 두 개(입구 팔레트와 출구 팔레트)가 있고, 반대쪽 끝은 밸런스를 향한 갈래 홈입니다.

대부분의 시간 동안 이스케이프 휠의 이 하나가 한쪽 팔레트에 기대어 바퀴가 잠겨 있습니다. 포크는 뱅킹 핀에 기대 가만히 있고, 그동안 밸런스는 아무것에도 닿지 않고 자유롭게 흔들립니다.

밸런스가 가운데를 지나 되돌아올 때, 롤러에 박힌 작은 루비 핀인 임펄스 핀이 포크 홈에 들어가 포크를 반대쪽으로 넘깁니다. 그러면 팔레트가 이에서 빠지면서 잠금이 풀립니다. 풀린 이는 비스듬한 팔레트 면을 미끄러지며 포크를 끝까지 밀고, 포크는 다시 임펄스 핀을 밀어 줍니다. 밸런스가 지난번 흔들림에서 마찰로 잃은 만큼의 에너지를 이 임펄스로 돌려받습니다. 바퀴는 잠깐 자유롭게 돌다가 다음 이가 반대쪽 팔레트에 떨어져 걸립니다. 이때 나는 소리가 째깍입니다.

다음 흔들림에서는 같은 일이 좌우를 바꾸어 일어납니다. 한 번 흔들릴 때마다 이스케이프 휠은 이 반 개, 이 15개짜리 바퀴에서는 12°씩 나아갑니다. 「한 박자를 느리게 보기」 단계를 고르면 실제 속도의 1/50로 느리게 돌아가서 핀이 포크에 들어가고, 포크가 넘어가고, 바퀴가 툭 나아가는 순간을 하나씩 볼 수 있습니다.

밸런스 휠이 시간을 재는 이유

밸런스 휠은 축에 끼운 작고 무거운 고리입니다. 헤어스프링은 납작한 나선 스프링으로, 안쪽 끝은 밸런스 축에, 바깥쪽 끝은 밸런스 콕의 스터드에 고정되어 있습니다. 밸런스를 돌리면 스프링이 감기면서 되밀고, 많이 돌릴수록 그 각도에 비례해서 더 세게 되밉니다. 비틀림 스프링에 적용한 훅의 법칙입니다.

이런 바퀴와 스프링은 비틀림 진자가 됩니다. 주기는 다음과 같습니다.

T = 2π√(I/κ)

I는 밸런스의 관성 모멘트이고, κ(카파)는 헤어스프링의 강성으로, 1라디안 비틀 때 나오는 토크입니다. 되미는 토크가 각도에 비례하기 때문에, 이상적인 경우에는 밸런스가 얼마나 크게 흔들리든 주기가 같습니다. 이 성질을 등시성이라고 부릅니다. 태엽을 막 감아 크게 흔들릴 때나 하루가 끝나 조금 작게 흔들릴 때나 시계가 거의 같은 빠르기로 가는 까닭이 여기에 있습니다.

이 모형에서 밸런스는 태엽을 다 감았을 때 쉬는 자리에서 양쪽으로 300°씩 흔들립니다(모형 값). 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 한 바퀴 반이 넘는 거리를 1초에 네 번 오가는 셈입니다.

숫자로 확인하기

시계공은 한 방향으로 한 번 흔들리는 것을 한 박자(비트)로 셉니다. 시간당 28,800 진동(vph) 무브먼트는 28,800 ÷ 3,600 = 1초에 8박자입니다. 두 박자가 한 번의 왕복이므로 진동수는 4 Hz, 주기는 0.25초입니다.

초침은 박자마다 한 번 움직이므로 이 시계의 초침은 1초에 8번, 한 번에 6° ÷ 8 = **0.75°**씩 움직입니다. 21,600 vph라면 1°씩 6번, 36,000 vph라면 0.6°씩 10번입니다. 「진동수」 막대를 움직이면 표시판 숫자가 바뀌는 것을 볼 수 있습니다. 이때 모형은 바늘이 계속 맞게 가도록 포스 휠과 이스케이프 피니언 사이의 비를 바꿔 끼운 것처럼 움직입니다. 실제 무브먼트는 한 가지 진동수에 맞춰 깎습니다.

이스케이프 휠은 한 번 왕복할 때 이 반 개씩 두 번, 합쳐서 이 하나를 보냅니다. 4 Hz라면 1초에 이 4개이고, 이가 15개인 바퀴는 4 × 60 ÷ 15 = 1분에 16바퀴 돕니다. 포스 휠은 1분에 한 바퀴이므로 둘 사이의 기어비는 16 대 1이어야 하고, 여기서는 96/6을 썼습니다.

밸런스는 I = 1.0 × 10⁻⁹ kg·m²(10 mg·cm²)로 두었습니다. 이 크기 밸런스에 걸맞은 범위의 모형 값입니다. 4 Hz가 되려면 헤어스프링 강성은 κ = I(2πf)² = 1.0 × 10⁻⁹ × (8π)² ≈ 라디안당 6.32 × 10⁻⁷ N·m이어야 합니다. 이 값을 T = 2π√(I/κ)에 다시 넣으면 0.250초가 나옵니다. 반지름 4.6 mm 고리로 치면 이 관성 모멘트는 테 무게 약 47 mg에 해당합니다.

이 식을 보면 시계가 왜 그렇게 예민한지도 알 수 있습니다. 진동수는 √(κ/I)에 비례하므로 헤어스프링이 1% 단단해지면 진동수가 약 0.5% 올라가고, 시계는 하루에 약 431초 빨라집니다. 하루 1초의 오차는 100만분의 11.6입니다.

한 번 다 감았을 때 윤열이 세는 박자도 꽤 많습니다. 태엽통 한 바퀴는 이스케이프 휠 8 × 60 × 16 = 7,680바퀴이고, 박자로는 7,680 × 15 × 2 = 230,400박자입니다. 28,800 vph에서 딱 8시간입니다. 다섯 바퀴면 1,152,000박자로 40시간 파워 리저브가 됩니다. 1년이면 밸런스는 252,288,000번 흔들립니다.

이 숫자들은 손으로도 하나하나 계산해 확인했습니다.

흔들어도 시계가 멈추지 않는 이유

이 과학관의 진자시계는 1초에 한 번 흔들리는 길이 99.4 cm 막대로 시간을 셉니다. 진자를 되돌리는 힘이 중력이라서 시계는 반듯하게 세워 둔 채 가만히 있어야 합니다. 기울이면 째깍 간격이 한쪽으로 쏠리고, 들고 다니면 진자가 제 박자를 잃습니다.

밸런스 휠은 중력 대신 헤어스프링의 토크로 되돌아옵니다. 시계를 어떻게 들고 있든 스프링이 되미는 힘은 같습니다. 잘 만든 밸런스는 무게중심이 축 위에 오도록 맞춰져 있어서, 한쪽으로 툭 치는 충격은 바퀴를 돌리지 않고 축을 밀 뿐입니다. 그래서 손목을 휘두르거나 타자를 치거나 시계를 거꾸로 들어도 시계가 계속 갑니다.

물론 완벽하지는 않습니다. 무게중심이 아주 조금만 어긋나도, 또 축이 끝으로 섰을 때와 옆으로 누웠을 때 마찰이 달라서, 시계를 놓는 자세에 따라 빠르기가 조금씩 달라집니다. 좋은 무브먼트는 문자판을 위로 둔 자세, 크라운을 아래로 둔 자세처럼 여러 자세에서 조정해 이 차이를 줄입니다. 세게 부딪히는 충격은 밸런스 보석을 스프링으로 받친 내충격 장치가 받아 내어, 가는 밸런스 축이 살짝 밀렸다가 제자리로 돌아오게 합니다.

빠르기도 다릅니다. 초진자는 1초에 한 박자, 이 밸런스는 8박자입니다. 지속 시간이 같은 충격은 진동수가 높을수록 주기에서 차지하는 비율이 작아지는 것이 아니라 커집니다. 시간 오차에 미치는 영향은 충격 당시 밸런스의 위상과 전달 충격량, 저장 에너지에도 달려 있습니다. 진동수만으로 내충격성을 판단할 수 없습니다.

보석 베어링과 마찰

축마다 지판에 하나, 브리지에 하나, 구멍 두 개에 끼워져 돌고, 강철 축 끝(피벗)의 굵기는 0.1 mm 안팎밖에 되지 않습니다. 무른 황동 구멍이라면 몇 년 안에 구멍이 타원으로 닳아 버립니다. 니콜라 파시오 드 뒤이에와 드보프르 형제는 1704년 런던에서 시계 베어링용 보석에 구멍을 뚫는 방법으로 특허를 받았습니다. 지금은 합성 루비를 씁니다. 아주 단단하고 매끄러우며, 기름 한 방울을 제자리에 붙잡아 둡니다.

이 전시의 시·분 무브먼트는 보석 17개를 다 갖추었습니다. 밸런스에 축 보석 두 개와 캡 보석 두 개, 임펄스 보석 하나가 있고, 팔레트 포크에 축 보석 두 개와 팔레트 두 개가 있습니다. 이스케이프 휠, 포스 휠, 서드 휠, 센터 휠에는 축 보석이 두 개씩 들어갑니다. 태엽통은 너무 천천히 돌아서 마찰이 크게 문제 되지 않으므로 보석을 넣지 않았습니다. 자동 무브먼트는 감기 로터에 보석이 더 들어갑니다.

파워 리저브와 태엽이 풀려 갈 때

감긴 태엽은 힘이 고르지 않습니다. 다 감았을 때 가장 세고 끝에 갈수록 약해집니다. 토크가 줄면 박자마다 받는 임펄스가 작아지고 밸런스가 덜 크게 흔들립니다. 모형에서 진폭은 다 감았을 때 양쪽 약 300°에서 시작해 마지막 몇 시간 동안 140° 쪽으로 떨어집니다. 이 숫자는 모형 값이지만, 줄어드는 모양은 어느 시계에서나 같습니다.

「태엽 감기」 막대를 내리면서 표시판을 보세요. 몇 시간 아래로 내려가면 진폭이 빠르게 줄어듭니다. 진폭이 리프트 각(밸런스가 포크를 움직이는 데 필요한 각도로, 이 모형에서는 50°)의 절반보다 작아지면 임펄스 핀이 더 이상 탈진기를 풀지 못하고, 밸런스에 움직임이 아직 남아 있는데도 시계가 멈춥니다. 브리지 위의 파워 리저브 표시도 0~40시간 눈금 위에서 같은 값을 가리킵니다.

실제 밸런스는 완전한 등시성이 아니어서 진폭이 줄면 빠르기도 조금 바뀝니다. 좋은 시계가 태엽 토크 곡선의 평평한 가운데 부분을 쓰도록 만드는 것도, 매일 같은 시각에 감으면 빠르기가 고르게 유지되는 것도 이 때문입니다.

모형에서 단순하게 한 것

모형은 부품이 움직이는 모습이 잘 보이도록 실제보다 부품을 두껍게, 틈을 넓게 그렸습니다. 바퀴 잇수는 계산이 맞는 모형 윤열이고 특정 칼리버의 값은 아닙니다. 밸런스의 관성 모멘트, 리프트 각, 진폭 곡선도 모형 값입니다. 진동수를 바꾸면 바늘이 계속 맞게 가도록 다른 이스케이프 피니언을 끼운 것처럼 움직입니다. 태엽을 감거나 풀 때 진폭도 실제보다 빨리 바뀌게 해서, 몇 시간을 기다리지 않아도 변화를 볼 수 있습니다.

온도, 자세, 자기, 조정 침에 따른 하루 오차도 모형입니다. 그중 공개된 값은 둘입니다. 평범한 강철 헤어스프링은 1 °C마다 하루 약 11초씩 늦어지고, ISO 764는 4,800 A/m, 약 6 mT의 자기장에서 내자성을 시험합니다. 밸런스의 무거운 점의 크기, 자석의 세기, 세운 자세의 마찰, 합금과 실리콘의 값은 각 효과의 방향과 대략의 크기를 보여 주려고 정한 모형 값입니다.

손목시계 탈진기의 역사

처음 나온 휴대용 시계는 메인스프링으로 움직였지만 스프링 없는 밸런스로 빠르기를 조절했기 때문에, 태엽이 미는 힘에 따라 빠르기가 달라졌습니다. 17세기 후반 밸런스에 스프링을 단 것이 이를 바꾸었습니다. 크리스티안 하위헌스가 1675년 나선형 밸런스 스프링을 내놓았습니다. 밸런스 스프링을 단 초기 시계만 해도 그 전의 어떤 휴대용 시계보다 훨씬 정확했습니다.

레버 탈진기는 영국 시계공 토머스 머지가 1754년에 발명했고, 그가 1770년 샬럿 왕비를 위해 만든 시계가 이를 처음 쓴 것으로 보입니다. 박자마다 대부분의 시간 동안 밸런스가 탈진기와 떨어져 자유롭게 흔들리기 때문에 레버 탈진기는 표준이 되었고, 오늘날 만드는 기계식 시계는 거의 모두 이 방식을 씁니다.

오늘날 흔한 진동수는 21,600, 28,800, 36,000 vph입니다.

하루 박자 수와 5초 오차

28,800 vph에서는 하루 박자 수가 28,800 × 24 = 691,200입니다. 완전한 왕복은 그 절반인 345,600회입니다. 시계 사양을 물리 실험과 비교할 때 이 구분이 필요합니다. 시계의 진동은 반주기이고 Hz는 완전한 주기를 셉니다. 4 Hz와 초당 8박자는 같은 진동자를 나타냅니다.

기준 시간 86,400초 동안 시계가 5초 빨라졌다고 가정합니다. 비율 오차는 5 ÷ 86,400 = 0.00005787, 약 57.87 ppm입니다. 평균 속도의 비교이며 개별 박자마다 똑같은 오차가 생긴다는 뜻은 아닙니다. 오차가 일정하면 7일 뒤에는 35초 빨라집니다. 바늘을 맞추면 쌓인 차이만 없어지고 다음 날 다시 빨라집니다. 시간 맞추기는 바늘의 표시를 바꾸고, 조속은 진동자의 속도를 바꿉니다.

기어는 빠른 밸런스를 보정하지 않습니다. 탈진기의 해제를 세지만 기준 1초가 얼마인지는 모릅니다. 모형의 센터 휠에서 포스 휠까지 비는 (80 ÷ 10) × (75 ÷ 10) = 60입니다. 센터 휠이 시간당 한 바퀴 돌면 포스 휠은 시간당 60바퀴, 분당 한 바퀴 돕니다. 마지막 96 ÷ 6 = 16의 비가 4 Hz에서 필요한 이스케이프 휠 속도를 만듭니다. 이 비가 틀리면 진동자가 정확해도 바늘 속도가 틀립니다.

파워 리저브는 다른 측정값입니다. 모형은 태엽통의 유효 회전 5바퀴에 바퀴당 8시간을 곱해 40시간을 얻습니다. 단순 계산으로 24시간 뒤에는 16시간이 남습니다. 저장 에너지가 일정한 속도로 줄거나 진폭이 남은 시간에 비례한다는 뜻은 아닙니다. 잔량계는 감긴 정도에서 시간을 추정하고 밸런스는 실제 전달 토크에 반응합니다. 실제로 그랜드 세이코는 4 Hz 9S65에 약 72시간, 5 Hz 9SA5에 약 80시간을 제시합니다. 진동수만으로 지속 시간을 알 수 없으며 태엽 용량과 기구 전체의 효율도 중요합니다.

온도와 자세에 따른 크로노미터 시험

헤어스프링은 수학적 상수가 아니라 탄성 재료입니다. 온도는 강성과 밸런스 치수를 바꾸며 윤활유와 탈진기 작동도 결과에 영향을 줍니다. 현대 합금과 실리콘 부품은 일부 민감도를 줄입니다. 그래도 실온에서 얻은 작은 오차만으로 모든 온도에서의 성능을 판단할 수는 없습니다. 세이코 관리 안내는 온도와 자성, 자세를 기계식 정확도의 영향 요인으로 명시합니다.

자세가 바뀌면 밸런스 축에서 하중을 받는 부분도 달라집니다. 문자판 위, 문자판 아래, 크라운 아래 자세의 오차는 같지 않을 수 있습니다. 수직에서는 스프링의 팽창과 수축도 비대칭이 될 수 있습니다. 따라서 편한 자세 하나에서 빠른 시계를 늦추는 것만으로 조정이 끝나지 않습니다. 손목은 하루 동안 여러 자세를 거치므로 실제 오차에는 자세와 태엽을 감은 이력이 함께 반영됩니다.

COSC의 전통적인 기계식 크로노미터 인증은 ISO 3159에 따릅니다. 공개 절차는 15일 동안 5자세와 3온도, 8°C·23°C·38°C에서 시험합니다. 흔히 인용하는 평균 일오차 −4~+6초는 일반적인 대형 범주의 기준입니다. 이것만 통과하면 되는 것은 아닙니다. 날마다의 변동과 자세 차이, 온도 반응, 시험 후 오차 복귀도 확인합니다. 모든 사람이 착용한 모든 날의 오차가 이 범위라는 보증도 아닙니다.

별도의 완성 시계 시험인 COSC Excellence는 요구 조건이 다릅니다. 크로노미터는 정확도 시험에 관한 말이며 시간 간격을 재는 크로노그래프와도 다릅니다. 그랜드 세이코는 자체 기준으로 17일 동안 6자세에서 무브먼트를 시험합니다. 광고의 가장 작은 일오차 숫자보다 실제 시험 조건을 비교해야 합니다. 이제 이 전시는 온도, 시험용 여섯 자세, 자석의 영향을 모형 값으로 보여 주지만, COSC 시험 절차 전체를 돌리지는 않습니다.

투르비용이 평균 내는 오차

브레게는 1801년 6월 26일 투르비용 특허를 받았습니다. 회전하는 케이지 안에 밸런스와 탈진기 조립체를 넣습니다. 전통적인 1분 회전 케이지는 회중시계가 한곳에 있어도 기구를 여러 수직 방향으로 돌립니다. 사용자가 직접 시계를 돌리지 않아도 자세에 따른 일부 오차를 회전 중 평균 낼 수 있습니다.

서로 반대인 수직 자세에서 같은 크기로 빨라지거나 느려지는 단순한 가정을 해 봅니다. 같은 시간씩 머물면 평균이 0에 가까워질 수 있습니다. 실제 오차는 같은 크기가 아닐 수 있고 정확히 상쇄되지 않을 수도 있습니다. 케이지가 돌아도 중력이 없어지지는 않습니다. 단축 투르비용은 모든 손목 자세를 다른 모든 자세로 바꾸지도 못합니다. 결과는 조정 상태와 무브먼트의 오차 분포에 달려 있습니다.

투르비용은 움직이는 질량과 필요한 기계적 일을 늘립니다. 온도 민감도나 오염된 기름, 조속 불량을 없애지는 않습니다. 눈에 보이는 회전만으로 잘 조정된 일반 시계보다 정확하다고 입증할 수 없습니다. 영국 과학박물관은 조지 III세를 위해 1808년에 만든 4분 회전 투르비용을 기록합니다. 모든 케이지가 1분에 도는 것은 아닙니다. 이 모형의 밸런스 지지대는 고정되어 있으며 부품 보기에도 투르비용 조작은 없습니다.

저렴한 디지털 시계보다 먼저 나온 쿼츠

세이코는 1969년 12월 25일 쿼츠 아스트론을 출시했습니다. 바늘 문자판과 배터리 구동 수정 진동자를 썼으므로 쿼츠 전환은 바늘에서 빛나는 숫자로 바뀐 사건만은 아닙니다. 제조사 기술사는 최초 진동수를 8,192 Hz, 광고 정확도를 월 ±5초로 제시합니다. 이후 쿼츠 시계에서는 32,768 Hz가 흔해졌습니다. 이 나중 값을 최초 아스트론에 붙이면 역사적 제품의 사양이 달라집니다.

쿼츠는 조속기와 진동을 세는 방법을 함께 바꿉니다. 전자회로가 고주파 신호를 분주하고 스테핑 모터는 수정 진동보다 훨씬 긴 간격으로 바늘을 보냅니다. 초당 한 번 움직이는 초침이 수정도 초당 한 번 진동한다는 뜻은 아닙니다. 반대로 매끈하게 움직이는 초침만으로 헤어스프링의 존재를 증명할 수도 없습니다. 바늘 움직임은 설계자가 정한 출력입니다.

1969년 제품은 비싼 초기 제품이었으며 모든 기계식 공장이 즉시 불필요해졌다는 증거가 아니었습니다. 세이코는 출시 뒤에도 신뢰성과 양산을 개선했다고 설명합니다. 이후 쿼츠의 확산은 정확한 시간 측정의 경제성을 바꾸었습니다. 스위스 업계 관점에서 흔히 쿼츠 위기라 부릅니다. 바늘식 쿼츠에도 모터와 바늘 사이 기어가 필요합니다. 사라진 것은 해당 방식에서 조속기로 쓰던 태엽 구동 밸런스와 탈진기입니다.

화면의 무브먼트로 하는 실험

3D 화면에서 시작하세요. 크라운을 끌면 태엽통 뚜껑이 비치면서 메인스프링이 축에 감겨 조여드는 모습이 보이고, 파워 리저브 바늘이 40시간 쪽으로 올라갑니다. 밸런스 휠을 누르고 있으면 초침이 함께 멈추고 하루 오차 판도 멈춥니다. 놓으면서 튕기면 튕긴 만큼의 진폭으로 다시 출발했다가, 메인스프링이 유지할 수 있는 진폭으로 돌아옵니다.

다음에는 조건을 하나씩 바꾸며 하루 오차 판을 읽으세요. 이 판은 정확한 시계 옆에서 20초마다 하루를 돌립니다. 헤어스프링을 강철로 두고 온도를 38 °C로 올리면 차이가 하루 몇 분씩 벌어지고, 엘린바형이나 실리콘으로 바꾸면 거의 멈춥니다. 자세에서 크라운 아래를 고르면 시계가 섭니다. 태엽을 풀어 가면 무거운 점 때문에 생긴 오차가 진폭 220° 근처에서 사라졌다가 부호가 바뀝니다. 빨간 자석을 케이스에 붙이면 강철 헤어스프링의 코일이 서로 달라붙고, 자석을 치운 뒤에도 자기 제거를 누를 때까지 시계가 빨리 갑니다. 조정 침은 밸런스 콕 위의 침을 움직여 하루 최대 60초까지 어느 쪽으로든 바꿉니다.

분해에서는 시계공이 하는 순서대로 부품을 손으로 들어낼 수 있습니다. 밸런스보다 브리지가 먼저, 팔레트 포크보다 밸런스가 먼저입니다. 태엽이 감긴 채로 팔레트 포크를 빼면 바퀴가 마구 돕니다. 조작 아래의 과제는 이 실험들을 모아 두었고, 무브먼트 비교 목록은 이 진동자를 하리슨의 H4, 쿼츠, 세슘 시계와 견줍니다. 무대의 숫자는 여전히 모형 값이어서 특정 시계가 어떻게 갈지는 알려 주지 못합니다.