Istoria ceasurilor mecanice cu pendul și a ceasurilor de cuarț

În cea mai mare parte a Evului Mediu, de la aproximativ 500 până la 1500 A.D., avansarea tehnologică a fost la un stop virtual în Europa. Stilurile Sundial au evoluat, dar nu s-au îndepărtat de principiile egiptene antice. 

Sundials simple 

Ceasurile de soare simple așezate deasupra ușilor au fost folosite pentru a identifica amiaza și patru „maree” ale zilei luminate de soare în Evul Mediu. În secolul al X-lea au fost utilizate mai multe tipuri de sere de buzunar - un model englezesc a identificat valurile și chiar a compensat schimbările sezoniere ale altitudinii soarelui. 

Ceasuri mecanice

La începutul până la mijlocul secolului al XIV-lea, în turnurile mai multor orașe italiene au început să apară ceasuri mecanice mari. Nu există înregistrări ale niciunui model de lucru care precede aceste ceasuri publice care au fost antrenate în greutate și reglate de scăpările de tip verge și foliot. Mecanismele verge-and-foliot au domnit mai mult de 300 de ani, cu variații ale formei foliotului, dar toate aveau aceeași problemă de bază: Perioada de oscilație depindea foarte mult de cantitatea de forță motrică și de cantitatea de frecare din acționare. rata era greu de reglementat.

Ceasuri cu arcuri 

Un alt progres a fost o invenție a lui Peter Henlein, un lăcătuș german din Nürnberg, cândva între 1500 și 1510. Henlein a creat ceasuri cu izvor. Înlocuirea greutăților unității grele a dus la ceasuri și ceasuri mai mici și mai portabile. Henlein și-a poreclit ceasurile „Ouă de Nürnberg”.

Deși au încetinit pe măsură ce mainspring-ul s-a dezlănțuit, au fost populare printre indivizii înstăriți datorită mărimii lor și pentru că ar putea fi așezați pe un raft sau o masă în loc să fie atârnați de un perete. Au fost primele ceasuri portabile, dar au avut doar mâini de oră. Mâinile minute nu au apărut până în 1670, iar ceasurile nu au avut protecție de sticlă în acest timp. Sticla așezată peste fața unui ceas nu a apărut decât în ​​secolul al XVII-lea. Cu toate acestea, progresele lui Henlein în proiectare au fost precursoare ale cronologiei cu adevărat exacte. 

Ceasuri mecanice precise 

Christian Huygens, un om de știință olandez, a realizat primul ceas cu pendul în 1656. A fost reglat de un mecanism cu o perioadă de „oscilație” naturală. Deși uneori cred că Galileo Galilei a inventat pendulul și el și-a studiat mișcarea încă din 1582, designul pentru un ceas nu a fost construit înainte de moartea sa. Ceasul pendulului Huygens a avut o eroare de mai puțin de un minut pe zi, prima dată când a fost obținută o asemenea precizie. Rafinările sale ulterioare au redus erorile ceasului la mai puțin de 10 secunde pe zi. 

Huygens a dezvoltat ansamblul roții de echilibru și arcuri în jurul anului 1675 și încă se găsește în unele dintre ceasurile de mână de astăzi. Această îmbunătățire a permis ceasurilor din secolul al XVII-lea să își păstreze timpul până la 10 minute pe zi.

William Clement a început să construiască ceasuri cu noua scăpare de „ancoră” sau „regăsire” la Londra în 1671. Aceasta a fost o îmbunătățire substanțială în prag, deoarece a intervenit mai puțin cu mișcarea pendulului. 

În 1721, George Graham a îmbunătățit precizia ceasului pendulului la o secundă pe zi, compensând modificările în lungimea pendulului din cauza variațiilor de temperatură. John Harrison, tâmplar și producător de ceasuri autodidact, a perfecționat tehnicile de compensare a temperaturii lui Graham și a adăugat noi metode de reducere a frecării. Până în 1761, el a construit un cronometru marin cu izvor și o scăpare de roată de echilibru care a câștigat premiul guvernului britanic din 1714 oferit pentru un mijloc de a determina longitudinea până la o jumătate de grad. El a ținut timpul la bordul unei nave rulante până la aproximativ o cincime din secundă pe zi, aproape la fel de bine ca un ceas cu pendul pe pământ și de 10 ori mai bun decât era necesar. 

În secolul următor, rafinările au dus la ceasul lui Siegmund Riefler cu un pendul aproape gratuit în 1889. A atins o precizie de o sută de secundă pe zi și a devenit standardul în multe observatorii astronomice..

Un adevărat principiu de pendul liber a fost introdus de R. J. Rudd în jurul anului 1898, stimulând dezvoltarea mai multor ceasuri cu pendul liber. Unul dintre cele mai cunoscute, ceasul W. H. Shortt, a fost demonstrat în 1921. Ceasul Shortt a înlocuit aproape imediat ceasul Riefler ca cronometru suprem în multe observatorii. Acest ceas era format din două pendule, unul sclav și celălalt un stăpân. Pendulul sclav ia oferit stăpânului pendulul blândul de care avea nevoie pentru a-și menține mișcarea și, de asemenea, a condus mâinile ceasului. Acest lucru a permis pendulului principal să rămână liber de sarcini mecanice care i-ar perturba regularitatea.

Ceasuri de cuarț 

Ceasurile din cristal de cuarț au înlocuit ceasul Shortt ca standard în anii 1930 și 1940, îmbunătățind performanțele de cronometrare mult peste cele ale scăpărilor de pendul și roți de echilibru.. 

Funcționarea ceasului de cuarț se bazează pe proprietatea piezoelectrică a cristalelor de cuarț. Când un câmp electric este aplicat cristalului, își schimbă forma. Acesta generează un câmp electric la stoarcere sau îndoire. Atunci când este plasat într-un circuit electronic adecvat, această interacțiune între tensiunea mecanică și câmpul electric face ca cristalul să vibreze și să genereze un semnal electric cu frecvență constantă care poate fi utilizat pentru a acționa un afișaj electronic de ceas.
Ceasurile din cristal de cuarț erau mai bune, deoarece nu aveau angrenaje sau scăpări care să le perturbe frecvența obișnuită. Chiar și așa, s-au bazat pe o vibrație mecanică a cărei frecvență depindea în mod critic de dimensiunea și forma cristalului. Nici două cristale nu pot fi exact la fel cu exact aceeași frecvență. Ceasurile de cuarț continuă să domine piața în număr, deoarece performanța lor este excelentă și sunt ieftine. Dar performanța cronologică a ceasurilor de cuarț a fost în mod substanțial depășită de ceasurile atomice. 

Informații și ilustrații furnizate de Institutul Național de Standarde și Tehnologie și Departamentul de Comerț al SUA.