Mekaanisten kellojen historia

Suurimmassa osassa keskiaikaa, noin 500: sta 1500: een 1500D, tekniikan kehitys oli käytännössä pysähtyneenä Euroopassa. Aurinkokellojen tyylit kehittyivät, mutta ne eivät siirtyneet kaukana muinaisen Egyptin periaatteista.

Oviaukkojen yläpuolelle asetettuja yksinkertaisia ​​aurinkokelloja käytettiin keskiajan keskipäivän ja auringonvalon päivän neljän "vuoroveden" tunnistamiseen. 10. vuosisadalla oli käytössä monentyyppisiä taskukelloja - yksi englantilainen malli tunnisti vuorovedet ja jopa kompensoi auringonkorkeuden kausivaihteluita.

1400-luvun alkupuolella - puolivälissä, suurten mekaanisten kellot alkoivat ilmestyä useiden italialaisten kaupunkien torneihin. Näitä julkisia kelloja edeltäviä toimivia malleja ei ole, jotka painotettaisiin ja joita säädettiin ääri-ja foliot-poistumilla. Verre- ja foliot-mekanismit hallitsivat yli 300 vuotta foliotin muodon vaihtelulla, mutta kaikilla oli sama perusongelma: värähtely riippui voimakkaasti käyttövoiman määrästä ja käytön kitkan määrästä, joten nopeutta oli vaikea säätää.

Toinen edistysaskel oli Nürnbergin saksalaisen lukkosepän Peter Henleinin keksintö, joskus välillä 1500–1510. Henlein loi keväällä toimivia kelloja. Raskaiden käyttöpainojen korvaaminen johti pienempiin ja kannettavampiin kelloihin. Henlein nimitti kellonsa "Nürnbergin muniksi".

Vaikka ne hidastuivat pääjousen purkautuessa, ne olivat suosittuja varakkaiden keskuudessa koon vuoksi ja koska ne voitiin sijoittaa hyllylle tai pöydälle seinälle ripustamisen sijasta. Ne olivat ensimmäisiä siirrettäviä kelloja, mutta heillä oli vain tunnin käsi. Minuutin kädet ilmestyivät vasta 1670, ja kellot eivät tänä aikana olleet lasisuojattuja. Kellon edessä oleva lasi syntyi vasta 1700-luvulla. Silti Henleinin kehitys edistyi todella tarkan aikataulun edeltäjinä.

Hollantilainen tiedemies Christian Huygens teki ensimmäisen heilurikello vuonna 1656. Sitä säädettiin mekanismilla, jolla oli "luonnollinen" värähtelyjakso. Siitä huolimatta Galileo Galilei hänelle annetaan joskus heilurin keksintö ja hän tutki sen liikettä jo vuonna 1582, hänen kellonsa ei suunniteltu ennen kuolemaansa. Huygensin heilurikellovirhe oli vähemmän kuin minuutti päivässä, kun ensimmäistä kertaa tällainen tarkkuus oli saavutettu. Hänen myöhemmät tarkennuksensa laskivat kellon virheet alle 10 sekuntiin päivässä.

Huygens kehitti tasapainotuspyörän ja jousikokoonpanon joskus noin vuonna 1675, ja sitä löytyy edelleen joistakin tämän päivän rannekelloista. Tämän parannuksen ansiosta 1700-luvun kellot pystyivät pitämään aikaa 10 minuuttiin päivässä.

William Clement aloitti kellojen rakentamisen uudella "ankkurilla" tai "palautumisella" pakoon vuonna Lontoo vuonna 1671. Tämä oli huomattava parannus reunaan nähden, koska se häiritsi vähemmän heilurin liikettä.

Vuonna 1721 George Graham paransi heilurikellojen tarkkuutta sekunnissa päivässä korvaamalla heilurin pituuden muutokset lämpötilan vaihtelusta johtuen. Puuseppä ja itseoppinut kellovalmistaja John Harrison paransi Grahamin lämpötilan kompensointitekniikoita ja lisäsi uusia menetelmiä kitkan vähentämiseksi. Vuoteen 1761 mennessä hän oli rakentanut merikronometrin jousella ja tasapainopyörän pakoon voittaneella Ison-Britannian hallituksen 1714-palkinto tarjottiin välineeksi pituuden määrittämiseen puolitoista asteen. Se piti aikaa liikkuvalla laivalla noin viidennekseen sekunnista päivässä, melkein yhtä hyvin kuin heilurikello, joka pystyi tekemään maassa, ja 10 kertaa vaadittua paremmin.

Seuraavan vuosisadan aikana tarkennukset johtivat Siegmund Rieflerin kellon kanssa melkein vapaalla heilurilla vuonna 1889. Se saavutti sekunnin sadasosan tarkkuuden päivässä ja siitä tuli standardi monissa tähtitieteellisissä observatorioissa.

R. esitteli todellisen vapaan heilurin periaatteen. J. Rudd noin 1898, stimuloimalla useiden vapaa-heilurikellojen kehittämistä. Yksi kuuluisimmista, W. H. Lyhyt kello, osoitettiin vuonna 1921. Shortt-kello korvasi melkein välittömästi Rieflerin kellon korkeimpana ajankäyttäjänä monissa observatorioissa. Tämä kello koostui kahdesta heilurista, joista yksi oli orja ja toinen isäntä. Orja heiluri antoi päällikölle heilurin, joka tarvitsi liikkeen ylläpitämiseksi, ja se ajaa myös kellon käsiä. Tämän ansiosta master-heiluri pysyi vapaana mekaanisista tehtävistä, jotka häiritsisivät sen säännöllisyyttä.

Kvartsi kristallikellot korvasivat Shortt-kellon vakiona 1930- ja 1940-luvuilla, parantaen aikataulun suorituskykyä huomattavasti enemmän kuin heilurin ja tasapainopyörän poistumiset.

Kvartsikellotoiminta perustuu kvartsikiteiden pietsosähköiseen ominaisuuteen. Kun kristalliin kohdistetaan sähkökenttä, se muuttaa sen muotoa. Se tuottaa sähkökentän, kun sitä puristetaan tai taivutetaan. Kun tämä sijoitetaan sopivaan elektroniseen piiriin, tämä mekaanisen rasituksen ja sähkökentän välinen vuorovaikutus aiheuttaa kide värähtelemään ja tuottamaan vakiotaajuisen sähköisen signaalin, jota voidaan käyttää elektronisen kellon käyttämiseen näyttö.
Kvartsi kristallikellot olivat parempia, koska niillä ei ollut pyydyksiä tai poistumisia, jotka häiritsisivät niiden säännöllistä taajuutta. Silti he vetoivat mekaaniseen värähtelyyn, jonka taajuus riippui kriittisesti kiteen koosta ja muodosta. Mikään kaksi kidettä ei voi olla tarkalleen samanlaisia ​​täsmälleen samalla taajuudella. Kvartsikellot hallitsevat edelleen lukumäärää markkinoilla, koska niiden suorituskyky on erinomainen ja ne ovat halpoja. Mutta ajankäyttö kvartsikellojen suorituskyky on huomattavasti ylittänyt atomikellojen.

Tietoja ja kuvia on toimittanut National Institute of Standards and Technology ja Yhdysvaltain kauppaministeriö.