Dějiny mechanických hodin

Během většiny středověku, od zhruba 500 do 1500 A.D., byl technologický pokrok v Evropě v podstatě na klidu. Sluneční styly se vyvinuly, ale neposunuly se daleko od staroegyptských principů.

Jednoduché sluneční hodiny umístěné nad dveřmi byly použity k identifikaci poledne a čtyř "přílivů" slunečního dne ve středověku. V 10. století bylo používáno několik typů kapesních slunečních hodin - jeden anglický model identifikoval přílivy a dokonce kompenzoval sezónní změny nadmořské výšky.

Na začátku 14. století se začaly ve věžích několika italských měst objevovat velké mechanické hodiny. Neexistují žádné záznamy o jakýchkoli pracovních modelech předcházejících těmto veřejným hodinám, které byly řízeny váhou a regulovány únikovými hranami. Mechanismy na hranicích a listech vládly více než 300 let s variacemi ve tvaru listů, ale všechny měly stejný základní problém: Období kmitání silně závisel na množství hnací síly a množství tření v pohonu, takže rychlost byla obtížně regulovatelná.

Dalším pokrokem byl vynález Petera Henleina, německého zámečníka ze Norimberku, někdy mezi 1500 a 1510. Henlein vytvořil pružinové hodiny. Výměna závaží těžkých jednotek měla za následek menší a přenosnější hodiny a hodinky. Henlein přezdíval své hodiny „Norimberská vejce“.

Ačkoli se zpomalovali, jak se odvíjí mainspring, byli mezi bohatými jedinci populární kvůli jejich velikosti a protože mohli být umístěny na polici nebo stůl namísto pověšení ze zdi. Byly to první přenosné hodinky, ale měly pouze hodinové ruce. Minutové ruce se neobjevily až do roku 1670 a hodiny neměly během této doby žádnou ochranu skla. Sklo umístěné na tváři hodinek se objevilo až v 17. století. Přesto, Henleinovy ​​pokroky v designu byly předchůdci skutečně přesného měření času.

Christian Huygens, nizozemský vědec, vyrobil první kyvadlové hodiny v roce 1656. Byl regulován mechanismem s „přirozeným“ obdobím oscilace. Ačkoli Galileo Galilei je někdy připočítán s vynalézáním kyvadla a studoval jeho pohyb již v roce 1582, jeho návrh hodin nebyl postaven před jeho smrtí. Huygensovy kyvadlové hodiny měly chybu menší než jedna minuta denně, poprvé, kdy byla taková přesnost dosažena. Jeho pozdější upřesnění snížila chyby hodin na méně než 10 sekund denně.

Společnost Huygens vyvinula vyvážení kola a pružiny někdy kolem roku 1675 a stále se nachází v některých dnešních náramkových hodinkách. Toto vylepšení umožnilo hodinkám ze 17. století udržet si čas na 10 minut denně.

William Clement začal stavět hodiny s novým „ukotvením“ nebo „zpětným rázem“ Londýn v roce 1671. Toto bylo podstatné zlepšení na krajnici, protože méně zasahovalo do pohybu kyvadla.

V roce 1721 George Graham zlepšil přesnost kyvadlových hodin na jednu sekundu denně kompenzací změn délky kyvadla v důsledku kolísání teploty. John Harrison, tesař a samouk hodinář, zdokonalil Grahamovy teplotní kompenzační techniky a přidal nové metody snižování tření. V roce 1761 postavil námořní chronometr s pružinou a vyhazováním vyvažovacího kola cena britské vlády za rok 1714 byla nabídnuta za způsob určení délky s přesností na polovinu a stupeň. Čas držel na palubě zvlněné lodi asi pětinu sekundy za den, skoro stejně jako kyvadlové hodiny na zemi, a desetkrát lepší, než bylo potřeba.

Přes příští století, vylepšení vedla k hodinám Siegmunda Rieflera s téměř volným kyvadlem v roce 1889. Dosáhla přesnosti stotiny sekundy denně a stala se standardem v mnoha astronomických observatořích.

Pravý princip kyvadla byl zaveden R. J. Rudd kolem roku 1898, stimulující vývoj několika hodin s volným kyvadlem. Jeden z nejslavnějších, W. H. Krátké hodiny, byla předvedena v roce 1921. Krátké hodiny téměř okamžitě nahradily Rieflerovy hodiny jako nejvyšší časoměřiče v mnoha observatořích. Tyto hodiny se skládaly ze dvou kyvadel, jednoho otroka a druhého pána. Otrokové kyvadlo dalo hlavnímu kyvadlu jemný tlak, který potřeboval k udržení jeho pohybu, a také řídil ruce hodin. To umožnilo, aby hlavní kyvadlo zůstalo bez mechanických úkolů, které by narušovaly jeho pravidelnost.

Křemen Křišťálové hodiny nahradily Shortt hodiny jako standard ve třicátých a čtyřicátých létech, čímž zlepšovaly výkonnost měření času daleko za hranicí výkyvů kyvadla a vyvážení kol.

Provoz křemenných hodin je založen na piezoelektrické vlastnosti křemenných krystalů. Když je na krystal aplikováno elektrické pole, změní svůj tvar. Při stlačení nebo ohnutí vytváří elektrické pole. Při umístění do vhodného elektronického obvodu způsobuje tato interakce mezi mechanickým napětím a elektrickým polem krystaly pro vibraci a generování elektrického signálu o konstantní frekvenci, který lze použít k ovládání elektronických hodin Zobrazit.
Krystalové hodiny z křemene byly lepší, protože neměly žádné převody ani úniky, které by narušovaly jejich pravidelnou frekvenci. Přesto se spoléhali na mechanické vibrace, jejichž frekvence kriticky závisela na velikosti a tvaru krystalu. Žádné dva krystaly nemohou být přesně stejné s přesně stejnou frekvencí. Křemenné hodiny stále dominují na trhu v číslech, protože jejich výkon je vynikající a jsou levné. Ale načasování výkonnost křemenných hodin byla podstatně překonána atomovými hodinami.

Informace a ilustrace poskytnuté Národním institutem pro standardy a technologie a americkým ministerstvem obchodu.