Mechaninių laikrodžių istorija

Didžiuoju viduramžių laikotarpiu, maždaug nuo 500 iki 1500 A. D., technologinė pažanga buvo beveik sustabdyta Europoje. Saulėlydžio stiliai vystėsi, tačiau jie nesiskyrė nuo senovės Egipto principų.

Paprastieji saulės laikrodžiai, išdėstyti virš durų, buvo naudojami viduramžių vidurdienio ir keturių saulėtos dienos „potvynių“ nustatymui. 10 amžiuje buvo naudojami keli kišeninių laikrodžių tipai - vienas angliškas modelis nustatė potvynius ir net kompensuodavo sezoninius saulės aukščio pokyčius.

Ankstyvieji – XIV amžiaus viduriai kelių Italijos miestų bokštuose pradėjo atsirasti dideli mechaniniai laikrodžiai. Nėra įrašų apie jokius veikiančius modelius, kurie būtų prieš šiuos valstybinius laikrodžius, kurie buvo varomi pagal svorį ir buvo reguliuojami išvedžiojant ant žemės. Krašto ir foliootiniai mechanizmai karaliavo daugiau nei 300 metų su foliooto formos pokyčiais, tačiau visi turėjo tą pačią pagrindinę problemą: virpesiai labai priklausė nuo varomosios jėgos ir pavaros trinties dydžio, todėl greitį buvo sunku reguliuoti.

Kitas laimėjimas buvo Peterio Henleino, vokiečių šaltkalvio iš Niurnbergo, išradimas, kadaise 1500–1510 m. Henleinas sukūrė spyruoklinius laikrodžius. Pakeitus sunkius važiavimo svorius, atsirado mažesni ir nešiojamieji laikrodžiai. Savo laikrodžius Henleinas pravardžiavo „Niurnbergo kiaušiniais“.

Nors jie sulėtėjo, kai atsitraukė pagrindinis spyruoklė, jie buvo populiarūs tarp turtingų asmenų dėl savo dydžio ir dėl to, kad juos buvo galima pastatyti ant lentynos ar stalo, o ne pakabinti iš sienos. Jie buvo pirmieji nešiojamieji laikrodžiai, tačiau jie turėjo tik valandines rankas. Minutės rankos atsirado tik 1670 m., O laikrodžiai tuo metu neturėjo stiklo apsaugos. Stiklas, pastatytas virš laikrodžio paviršiaus, atsirado tik XVII a. Vis dėlto Henleino pažanga dizaine buvo iš tikrųjų tikslaus laiko planavimo pirmtakai.

Pirmąjį švytuoklinį laikrodį 1656 m. Pagamino olandų mokslininkas Christianas Huygensas. Jį reguliavo mechanizmas, turintis „natūralų“ virpesių periodą. Nors „Galileo Galilei“ kartais buvo įskaitytas už švytuoklės išradimą ir jo judėjimą jis ištyrė jau 1582 m., jo laikrodžio dizainas nebuvo pastatytas prieš mirtį. Pirmą kartą pasiekus tokį tikslumą, Huygenso švytuoklės laikrodžio paklaida buvo mažesnė nei viena minutė per dieną. Vėliau atlikti patobulinimai jo laikrodžio klaidas sumažino iki mažiau nei 10 sekundžių per dieną.

„Huygens“ sukūrė pusiausvyros rato ir spyruoklių komplektą kažkur apie 1675 m. Ir jis vis dar randamas kai kuriuose šių dienų rankiniuose laikrodžiuose. Šis patobulinimas leido XVII amžiaus laikrodžiams išlaikyti laiką iki 10 minučių per dieną.

Williamas Clementas pradėjo statyti laikrodžius naujaisiais „inkarais“ arba „atstatančiais“ pabėgimais Londonas 1671 m. Tai buvo reikšmingas patobulinimas per kraštą, nes jis mažiau trukdė švytuoklės judėjimui.

1721 m. George'as Grahamas padidino švytuoklės laikrodžio tikslumą iki vienos sekundės per dieną, kompensuodamas švytuoklės ilgio pokyčius dėl temperatūros svyravimų. Dailidė ir savamokslis laikrodininkas Johnas Harrisonas patobulino Grahamo temperatūros kompensavimo būdus ir pridėjo naujus trinties mažinimo metodus. Iki 1761 m. Jis buvo sukonstravęs jūrinį chronometrą su laimėta spyruokle ir balansiniu ratu Didžiosios Britanijos vyriausybės 1714 m. prizas buvo pasiūlytas už ilgio nustatymą per pusę laipsnis. Tai leido laive važiuoti maždaug penktadaliu sekundės per dieną, beveik taip pat, kaip ir švytuoklinis laikrodis galėjo padaryti sausumoje ir 10 kartų geriau, nei reikalaujama.

Per kitą šimtmetį patobulinimai paskatino Siegmundo Rieflerio laikrodį su beveik nemokama švytuokle 1889 m. Tai pasiekė sekundės šimtosios dalies tikslumą per dieną ir tapo standartu daugelyje astronominių observatorijų.

Tikrą laisvos švytuoklės principą įvedė R. Dž. Ruddas apie 1898 m., Skatindamas kelių laisvų švytuoklių laikrodžių kūrimą. Vienas garsiausių W. H. Trumpiausias laikrodis, buvo demonstruojamas 1921 m. „Shortt“ laikrodis beveik iškart pakeitė Rieflerio laikrodį kaip aukščiausią laikrodį daugelyje observatorijų. Šį laikrodį sudarė dvi švytuoklės, viena vergė, kita - meistras. Vergo švytuoklė pagrindinei švytuoklei suteikė švelnius stūmimus, kurių prireikė jo judėjimui palaikyti, be to, ji sukinėjo laikrodžio rankas. Tai leido pagrindinei švytuoklei likti be mechaninių užduočių, kurios trikdytų jo tvarkingumą.

Kvarcas krištolo laikrodžiai pakeitė trumpąjį laikrodį kaip standartą 1930-aisiais ir 1940-aisiais, pagerindami laiko apskaitos rodiklius, kurie žymiai viršija švytuoklės ir balansinių ratų pabėgimus.

Kvarco laikrodžio veikimas pagrįstas kvarco kristalų pjezoelektrine savybe. Kai kristalui taikomas elektrinis laukas, jis keičia savo formą. Suspaudus ar sulenkiant, jis sukuria elektrinį lauką. Įdėjus į tinkamą elektroninę grandinę, ši mechaninio įtempio ir elektrinio lauko sąveika sukelia kristalas vibruoti ir generuoti pastovaus dažnio elektrinį signalą, kuris gali būti naudojamas elektroniniam laikrodžiui valdyti ekranas.
Kvarciniai krištolo laikrodžiai buvo geresni, nes jie neturėjo jokių pavarų ar išėjimų, kad trikdytų įprastą dažnį. Nepaisant to, jie rėmėsi mechanine vibracija, kurios dažnis kritiškai priklausė nuo kristalo dydžio ir formos. Jokie du kristalai negali būti tiksliai vienodi tuo pačiu dažniu. Kvarciniai laikrodžiai ir toliau dominuoja rinkoje, nes jų našumas yra puikus ir jie yra nebrangūs. Bet laiko apskaita kvarcinių laikrodžių eksploatacines savybes iš esmės pranoko atominiai laikrodžiai.

Informacija ir iliustracijos, kurias pateikė Nacionalinis standartų ir technologijos institutas ir JAV komercijos departamentas.