تاريخ الساعات الميكانيكية

خلال معظم العصور الوسطى ، من حوالي 500 إلى 1500 م ، كان التقدم التكنولوجي في حالة توقف تام في أوروبا. تطورت الأنماط الشمسية ، لكنها لم تتحرك بعيدًا عن المبادئ المصرية القديمة.

تم استخدام ساعات شمسية بسيطة فوق المداخل لتحديد منتصف النهار وأربعة "مد" من اليوم المضاء بنور الشمس في العصور الوسطى. تم استخدام عدة أنواع من مزادات الجيب في القرن العاشر - حدد أحد النماذج الإنجليزية المد والجزر وحتى تم تعويضه عن التغيرات الموسمية لارتفاع الشمس.

في أوائل إلى منتصف القرن الرابع عشر ، بدأت الساعات الميكانيكية الكبيرة في الظهور في أبراج العديد من المدن الإيطالية. لا يوجد سجل لأي نماذج عمل تسبق هذه الساعات العامة التي كانت مدفوعة بالوزن ومنظمة من خلال الهروب من الحافة والورقة. سادت آليات الحافة والورقة لأكثر من 300 عام مع اختلافات في شكل الورقية ، ولكن جميعها كانت لديها نفس المشكلة الأساسية: فترة التذبذب اعتمد بشكل كبير على مقدار القوة الدافعة وكمية الاحتكاك في محرك الأقراص لذلك كان من الصعب تنظيم المعدل.

تقدم آخر كان اختراع بيتر Henlein ، قفال ألماني من نورمبرغ ، في وقت ما بين 1500 و 1510. أنشأت Henlein ساعات تعمل بالطاقة الربيع. أدى استبدال أوزان محرك الأقراص الثقيلة إلى ساعات وساعات أصغر وأكثر قابلية للحمل. لقب Henlein ساعاته "بيض نورمبرغ".

على الرغم من أنها تباطأت بسبب خلع النابض الرئيسي ، إلا أنها كانت شائعة بين الأفراد الأثرياء بسبب حجمها ولأنها يمكن وضعها على الرف أو الطاولة بدلاً من تعليقها من الحائط. كانت أول ساعة محمولة ، ولكن لم يكن لديهم سوى ساعات يد. لم تظهر عقرب الدقائق حتى عام 1670 ، ولم يكن للساعات حماية من الزجاج خلال هذا الوقت. لم يوضع الزجاج على وجه الساعة حتى القرن السابع عشر. ومع ذلك ، كان تقدم Henlein في التصميم مقدمة لتسجيل الوقت بدقة حقيقية.

كريستيان هيغنز ، عالم هولندي ، صنع أول ساعة بندول عام 1656. تم تنظيمه بواسطة آلية ذات فترة "طبيعية" من التذبذب. برغم من جاليليو جاليلي يرجع الفضل في بعض الأحيان إلى اختراع البندول ودرس حركته في وقت مبكر من عام 1582 ، ولم يتم تصميم تصميمه للساعة قبل وفاته. حدث خطأ في ساعة بندول Huygens بأقل من دقيقة واحدة في اليوم ، وهي المرة الأولى التي يتم فيها تحقيق هذه الدقة. أدت التحسينات التي قام بها في وقت لاحق إلى تقليل أخطاء ساعته إلى أقل من 10 ثوانٍ في اليوم.

طورت Huygens عجلة التوازن وتجميع الربيع في وقت ما حوالي عام 1675 وما زالت موجودة في بعض ساعات المعصم اليوم. سمح هذا التحسين لساعات القرن السابع عشر بإبقاء الوقت لمدة 10 دقائق في اليوم.

بدأ ويليام كليمنت في بناء الساعات باستخدام ممر "مرساة" أو "ارتداد" جديد لندن عام 1671. كان هذا تحسنًا كبيرًا على الحافة لأنه كان يتداخل بشكل أقل مع حركة البندول.

في عام 1721 ، قام جورج جراهام بتحسين دقة ساعة البندول إلى ثانية واحدة في اليوم من خلال التعويض عن التغييرات في طول البندول بسبب التغيرات في درجات الحرارة. قام جون هاريسون ، وهو نجار وصانع ساعات يدرس ذاتيًا ، بتحسين تقنيات تعويض درجة حرارة جراهام وأضاف طرقًا جديدة لتقليل الاحتكاك. بحلول عام 1761 ، قام ببناء الكرونومتر البحري مع الربيع ورافعة عجلة التوازن التي فازت عرضت جائزة الحكومة البريطانية لعام 1714 كوسيلة لتحديد خط الطول في حدود نصف أ الدرجة العلمية. حافظت على الوقت على متن سفينة متدحرجة إلى حوالي خمس الثانية في اليوم ، تقريبًا كما يمكن أن تفعله ساعة البندول على الأرض ، وأفضل بعشر مرات من المطلوب.

خلال القرن التالي ، أدت التحسينات إلى ساعة Siegmund Riefler مع بندول مجاني تقريبًا في عام 1889. حقق دقة مائة من الثانية في اليوم وأصبح المعيار في العديد من المراصد الفلكية.

تم تقديم مبدأ البندول الحر الحقيقي بواسطة R. ج. رود حوالي عام 1898 ، مما حفز تطوير العديد من الساعات البندول الحرة. أحد أشهرها هو دبليو. H. ساعة قصيرة ، تم عرضه في عام 1921. استبدلت ساعة Shortt على الفور تقريبًا ساعة Riefler كساعة وقت عالية في العديد من المراصد. تألفت هذه الساعة من بندولين ، أحدهما عبد ، والآخر سيد. أعطى البندول الرقيق البندول الرئيسي الدفعات اللطيفة التي يحتاجها للحفاظ على حركته ، كما أنه قاد يدي الساعة. هذا سمح للبندول الرئيسي بالبقاء خاليًا من المهام الميكانيكية التي من شأنها أن تزعج انتظامه.

كوارتز حلت الساعات البلورية محل ساعة Shortt كمعيار قياسي في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين ، مما أدى إلى تحسين أداء ضبط الوقت إلى ما هو أبعد بكثير من أداء البندول وموازنات عجلة التوازن.

يعتمد تشغيل ساعة الكوارتز على الخاصية الكهروإجهادية لبلورات الكوارتز. عندما يتم تطبيق مجال كهربائي على البلورة ، يتغير شكله. يولد مجالًا كهربائيًا عند الضغط عليه أو ثنيه. عند وضعه في دائرة إلكترونية مناسبة ، يسبب هذا التفاعل بين الإجهاد الميكانيكي والمجال الكهربائي الكريستال للاهتزاز وتوليد إشارة كهربائية بتردد ثابت يمكن استخدامها لتشغيل ساعة إلكترونية عرض.
كانت ساعات الكريستال الكوارتز أفضل لأنها لم يكن لديها تروس أو هروب لتعطيل ترددها المنتظم. ومع ذلك ، اعتمدوا على اهتزاز ميكانيكي يعتمد تردده بشكل كبير على حجم البلورة وشكلها. لا يمكن أن يكون هناك بلورتين متشابهتين بالضبط بنفس التردد بالضبط. تستمر ساعات الكوارتز في السيطرة على السوق بالأرقام لأن أدائها ممتاز وغير مكلف. لكن ال ضبط الوقت تم تجاوز أداء ساعات الكوارتز بشكل كبير من قبل الساعات الذرية.

المعلومات والرسوم التوضيحية المقدمة من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا ووزارة التجارة الأمريكية.