História mechanických hodín

Počas väčšiny stredoveku, približne od 500 do 1500 A.D., bol technologický pokrok v Európe v podstate zastavený. Slnečné štýly sa vyvinuli, ale neposunuli sa ďaleko od staroegyptských princípov.

Jednoduché slnečné hodiny umiestnené nad dverami sa použili na identifikáciu poludnia a štyroch „prílivov“ slnečného dňa v stredoveku. Do 10. storočia sa používalo niekoľko typov vreckových slnečných hodín - jeden anglický model identifikoval príliv a odliv a dokonca kompenzoval sezónne zmeny nadmorskej výšky slnka.

Začiatkom polovice 14. storočia sa vo vežiach niekoľkých talianskych miest začali objavovať veľké mechanické hodiny. Neexistujú žiadne záznamy o pracovných modeloch, ktoré predchádzali týmto verejným hodinám a ktoré boli riadené váhou a regulované únikmi z hraníc a listov. Mechanizmy hraníc a listov vládli viac ako 300 rokov s variáciami v tvare listov, ale všetky mali rovnaký základný problém: Obdobie kmitanie veľmi závisel od množstva hnacej sily a množstva trenia v pohone, takže rýchlosť sa ťažko regulovala.

Ďalším pokrokom bol vynález Petra Henleina, nemeckého zámočníka zo Norimbergu, niekedy medzi rokmi 1500 a 1510. Henlein vytvoril pružinové hodiny. Výmena závažia ťažkej jednotky mala za následok menšie a prenosnejšie hodiny a hodinky. Henlein prezýval svoje hodiny „Norimberské vajcia“.

Aj keď sa spomalili, keď sa odvíjal mainspring, boli medzi bohatými jednotlivcami populárne kvôli ich veľkosti a preto, že namiesto zavesenia na stenu mohli byť umiestnené na poličku alebo stôl. Boli to prvé prenosné hodinky, ale mali iba hodinové ruky. Minútové ruky sa neobjavili až do roku 1670 a hodiny nemali počas tohto obdobia ochranu skla. Sklo umiestnené na tvári hodiniek sa objavilo až v 17. storočí. Napriek tomu boli pokroky spoločnosti Henlein v dizajne predchodcami skutočne presného merania času.

Christian Huygens, holandský vedec, vyrobil prvé kyvadlové hodiny v roku 1656. Bol regulovaný mechanizmom s „prirodzenou“ periódou oscilácie. Hoci Galileo Galilei je niekedy pripočítaný s vynájdením kyvadla a študoval jeho pohyb už v roku 1582, jeho návrh hodín nebol postavený pred jeho smrťou. Huygensove kyvadlové hodiny mali chybu menej ako jednu minútu denne, keď sa prvýkrát dosiahla takáto presnosť. Jeho neskoršie vylepšenia znížili chyby jeho hodín na menej ako 10 sekúnd za deň.

Spoločnosť Huygens vyvinula vyrovnávacie koleso a pružinovú zostavu niekedy okolo roku 1675 a stále sa nachádza v niektorých dnešných náramkových hodinkách. Toto zlepšenie umožnilo hodinkám zo 17. storočia udržať si čas až 10 minút denne.

William Clement začal stavať hodiny s novým "kotvou" alebo "spätným rázom" úniku Londýn v roku 1671. To bolo výrazné zlepšenie oproti okraju, pretože to menej zasahovalo do pohybu kyvadla.

V roku 1721 George Graham zlepšil presnosť kyvadlových hodín na jednu sekundu denne kompenzáciou zmien dĺžky kyvadla v dôsledku kolísania teploty. John Harrison, stolár a učiteľ s hodinami, zdokonalil Grahamove techniky kompenzácie teploty a pridal nové metódy na zníženie trenia. V roku 1761 postavil námorný chronometer s prameňom a vyhasnutím vyvažovacieho kolesa cena britskej vlády za rok 1714 bola ponúknutá ako prostriedok na určenie zemepisnej dĺžky s presnosťou na jednu polovicu a stupňa. Na palube pohybujúcej sa lode udržiaval čas asi jednu pätinu sekundy za deň, takmer rovnako ako kyvadlové hodiny na zemi, a desaťkrát lepšie, ako sa vyžadovalo.

V priebehu budúceho storočia viedli vylepšenia k hodinám Siegmunda Rieflera s takmer voľným kyvadlom v roku 1889. Dosahovala presnosť stotiny sekundy za deň a stala sa štandardom v mnohých astronomických observatóriách.

Pravý princíp voľného kyvadla uviedol R. J. Rudd okolo roku 1898, stimulujúci vývoj niekoľkých hodín s voľným kyvadlom. Jeden z najslávnejších, W. H. Krátke hodiny, bola demonštrovaná v roku 1921. Krátke hodiny takmer okamžite nahradili Rieflerove hodiny ako najvyšší časomerač v mnohých observatóriách. Tieto hodiny pozostávali z dvoch kyvadiel, jedného otroka a druhého pána. Otrokové kyvadlo dalo pánovi kyvadlo jemný tlak, ktorý je potrebný na udržanie jeho pohybu, a tiež riadil hodiny. Toto umožnilo hlavnému kyvadlu zostať bez mechanických úloh, ktoré by narušili jeho pravidelnosť.

kremeň Krištáľové hodiny nahradili Shortt hodiny ako štandard v 30. a 40. rokoch 20. storočia, čím zlepšili výkonnosť merania času ďaleko za hranicami kyvadlového a vyváženého kolesa.

Prevádzka kremenných hodín je založená na piezoelektrickej vlastnosti kremenných kryštálov. Ak sa na kryštál aplikuje elektrické pole, zmení sa jeho tvar. Pri stlačení alebo ohnutí vytvára elektrické pole. Ak je vložená do vhodného elektronického obvodu, spôsobuje táto interakcia medzi mechanickým namáhaním a elektrickým poľom kryštál na vibráciu a generovanie elektrického signálu s konštantnou frekvenciou, ktorý možno použiť na ovládanie elektronických hodín zobraziť.
Krištáľové hodiny z kremeňa boli lepšie, pretože nemali výstroj a výboje, ktoré by rušili ich pravidelnú frekvenciu. Napriek tomu sa spoliehali na mechanické vibrácie, ktorých frekvencia kriticky závisela od veľkosti a tvaru kryštálu. Žiadne dva kryštály nemôžu byť presne podobné s rovnakou frekvenciou. Hodiny z kremeňa naďalej dominujú počtom, pretože ich výkon je vynikajúci a lacný. Ale časomiera výkon kremenných hodín bol podstatne prekonaný atómovými hodinami.

Informácie a ilustrácie poskytnuté Národným inštitútom pre normy a technológie a Ministerstvom obchodu USA.