Интересен

Историята на механичните часовници с махало и кварцовите часовници

Историята на механичните часовници с махало и кварцовите часовници

През по-голямата част от Средновековието, от приблизително 500 до 1500 г. н.е., технологичният напредък беше в действителност в Европа. Стилове на слънчевия часовник се развиват, но те не се отдалечават от древноегипетските принципи.

Прости слънчеви часовници

Прости слънчеви часовници, поставени над врати, са били използвани за идентифициране на обед и четири "приливи и отливи" от слънчевия ден през Средновековието. През 10 век се използват няколко вида джобни слънчеви часовници - един английски модел идентифицира приливите и дори компенсира сезонните промени на надморската височина.

Механични часовници

В началото на средата на 14 век в кулите на няколко италиански градове започват да се появяват големи механични часовници. Няма запис на никакви работещи модели, предхождащи тези обществени часовници, които са били с тегло и са регулирани от ръбове и фолио. Механизмите на ръбовете и фолиото владееха повече от 300 години с различия във формата на фолиото, но всички имаха един и същ основен проблем: Периодът на трептене силно зависеше от размера на движещата сила и количеството на триене в задвижването, така че процентът беше труден за регулиране.

Пролетни часовници

Друг напредък е изобретение на Питър Хенлейн, немски ключар от Нюрнберг, някъде между 1500 и 1510 г. Хенлейн създава часовници с пружинно захранване. Подмяната на големите тежести на задвижването доведе до по-малки и по-преносими часовници и часовници. Хенлейн нарекъл часовниците си „Нюрнберг яйца“.

Въпреки че те се забавиха, като се развиват в мрежата, те бяха популярни сред заможните индивиди поради размерите си и защото можеха да бъдат поставени на рафт или маса, вместо да бъдат окачени от стена. Те бяха първите преносими часовници, но имаха само часовни ръце. Минутните ръце се появяват чак през 1670 г., а часовниците през това време нямат защита от стъкло. Стъкло, поставено върху лицето на часовник, се появи чак през 17 век. Все пак, напредъкът в дизайна на Henlein е предшественик на наистина точното време.

Точни механични часовници

Кристиан Хюгенс, холандски учен, направи първия часовник на махалото през 1656 г. Той беше регулиран от механизъм с "естествен" период на колебания. Въпреки че понякога Галилео Галилей е кредитиран за изобретяването на махалото и той изучава движението му още през 1582 г., неговият дизайн за часовник не е построен преди смъртта му. Часът на махалото на Хайгенс имаше грешка по-малка от една минута на ден, като за първи път беше постигната такава точност. По-късните му уточнения намалиха грешките на часовника му до по-малко от 10 секунди на ден.

Хюйгенс разработи колелото за баланс и пружината някъде около 1675 г. и все още се намира в някои от днешните ръчни часовници. Това подобрение позволи на часовниците от 17-ти век да поддържат време до 10 минути на ден.

Уилям Клемент започва да изгражда часовници с новото "котва" или "отдръпване" в Лондон през 1671 г. Това е значително подобрение на ръба, защото по-малко се намесва в движението на махалото.

През 1721 г. Джордж Греъм подобрява точността на махалото до една секунда на ден, като компенсира промените в дължината на махалото поради температурни колебания. Джон Харисън, дърводелец и самоук часовникар, усъвършенства техниките за компенсация на температурата на Греъм и добави нови методи за намаляване на триенето. Към 1761 г. той е построил морски хронометър с пружината и баланс на колелото, спечелил наградата на британското правителство от 1714 г., предлагана за средство за определяне на дължината до половин градус. Това запазваше време на борда на подвижен кораб до около една пета от секундата на ден, почти толкова, колкото и махалото на часовника, което можеше да направи на сушата и 10 пъти по-добро от необходимото.

През следващия век усъвършенстването доведе до часовника на Зигмунд Рифлер с почти свободно махало през 1889 г. Той достигна точност от стотна от секундата на ден и стана стандарт в много астрономически обсерватории.

Истински принцип на махалото е въведен от Р. Дж. Руд около 1898 г., стимулирайки развитието на няколко часовника със свободно махало. Един от най-известните, часовникът W. H. Shortt, е демонстриран през 1921 г. Часовникът Shortt почти веднага заменя часовника на Riefler като върховен хронометър в много обсерватории. Този часовник се състоеше от две махала, единият роб, а другият господар. Махалото на робите даваше на махалото на господаря нежните тласъци, необходими за поддържане на движението му, а също така задвижваше ръцете на часовника. Това позволи на махалото на майстора да остане без механични задачи, които биха нарушили неговата закономерност.

Кварцови часовници

Кварцовите кристални часовници замениха часовника Shortt като стандарт през 30-те и 40-те години на миналия век, като подобриха работата по часовниковата дейност, далеч надхвърляща тази на махалото и изравненията на колелото.

Работата с кварцов часовник се основава на пиезоелектричното свойство на кварцовите кристали. Когато електрическото поле се приложи към кристала, то променя формата си. Той създава електрическо поле при натискане или огъване. Когато е поставен в подходяща електронна верига, това взаимодействие между механично напрежение и електрическо поле причинява кристала да вибрира и генерира електрически сигнал с постоянна честота, който може да се използва за работа с електронен дисплей на часовника.
Кварцовите кристални часовници бяха по-добри, тъй като нямаха зъбни колела или изпускания, които да нарушават редовната им честота. Въпреки това, те разчитаха на механична вибрация, чиято честота зависи критично от размера и формата на кристала. Нито два кристала не могат да бъдат точно с еднаква честота. Кварцовите часовници продължават да доминират на пазара по брой, тъй като тяхната производителност е отлична и те са евтини. Но производителността на часовниковите часовници значително е надминала атомните часовници.

Информация и илюстрации, предоставени от Националния институт за стандарти и технологии и от Министерството на търговията на САЩ.