История механических часов

В течение большей части средневековья, примерно от 500 до 1500 г. н.э., технологический прогресс в Европе практически остановился. Стили солнечных часов развивались, но они не отходили от древнеегипетских принципов.

Простые солнечные часы, помещенные над дверными проемами, использовались для определения полудня и четырех «приливов» солнечного дня в средние века. Несколько типов карманных солнечных часов использовались в 10-м веке - одна английская модель идентифицировала приливы и даже компенсировала сезонные изменения высоты солнца.

В начале и середине 14 века в башнях нескольких итальянских городов стали появляться большие механические часы. Нет никаких записей о каких-либо рабочих моделях, предшествующих этим общественным часам, которые были бы управляемыми весом и регулировались спусками граней и листвы. Механизмы граней и листвы царствовали более 300 лет с изменениями в форме листвы, но у всех была одна и та же основная проблема: период колебание

Другим достижением было изобретение Питера Хенлейна, немецкого слесаря ​​из Нюрнберга, между 1500 и 1510 годами. Хенлейн создал пружинные часы. Замена тяжелого веса приводила к меньшим и более портативным часам. Хенлейн прозвал свои часы «Нюрнбергскими яйцами».

Несмотря на то, что они замедлились, когда пружина раскрутилась, они были популярны среди состоятельных людей из-за их размера и потому, что их можно было поставить на полку или стол вместо того, чтобы повесить на стену. Это были первые портативные часы, но у них были только часовые стрелки. Минутные стрелки не появлялись до 1670 года, и часы в это время не имели стеклянной защиты. Стекло над циферблатом часов появилось только в 17 веке. Тем не менее, успехи Генлейн в дизайне предшествовали действительно точному хронометражу.

Кристиан Гюйгенс, голландский ученый, сделал первые маятниковые часы в 1656 году. Он регулировался механизмом с «естественным» периодом колебаний. Хотя Галилео Галилей иногда приписывают изобретение маятника, и он изучал его движение еще в 1582 году, его дизайн часов не был построен до его смерти. Маятниковые часы Гюйгенса имели погрешность менее одной минуты в день, впервые такая точность была достигнута. Его более поздние усовершенствования уменьшили ошибки его часов до менее чем 10 секунд в день.

Гюйгенс разработал сборку балансировочного колеса и пружины примерно в 1675 году, и он до сих пор встречается в некоторых современных наручных часах. Это улучшение позволило часам 17-го века сохранять время до 10 минут в день.

Уильям Клемент начал строить часы с новым «якорем» или «отдачей» в Лондон в 1671 году. Это было существенное улучшение по сравнению с краем, потому что это меньше мешало движению маятника.

В 1721 году Джордж Грэм улучшил точность маятниковых часов до одной секунды в день, компенсировав изменения длины маятника из-за колебаний температуры. Джон Харрисон, плотник и часовщик-самоучка, усовершенствовал методы температурной компенсации Грэма и добавил новые методы уменьшения трения. К 1761 году он построил морской хронометр с пружиной и спуском балансира, который выиграл премия британского правительства 1714 года, предложенная для определения долготы с точностью до половины степень. Время на борту катящегося корабля составляло примерно одну пятую секунды в день, почти столько же, сколько маятниковые часы могли делать на суше, и в 10 раз лучше, чем требовалось.

В течение следующего столетия доработки привели к появлению в 1889 году часов Зигмунда Рифлера с почти свободным маятником. Он достиг точности сотых долей секунды в день и стал стандартом во многих астрономических обсерваториях.

Истинный принцип свободного маятника был введен Р. J. Рудд около 1898 года, стимулируя развитие нескольких часов с маятником. Один из самых известных, В. ЧАС. Укороченные часы, были продемонстрированы в 1921 году. Часы Shortt почти сразу заменили часы Riefler как высший хронометрист во многих обсерваториях. Эти часы состояли из двух маятников, один из которых был рабом, а другой - мастером. Рабский маятник давал главному маятнику мягкие толчки, необходимые для поддержания его движения, и он также приводил в движение стрелки часов. Это позволило главному маятнику оставаться свободным от механических задач, которые нарушали бы его регулярность.

кварцевый Хрустальные часы заменили часы Shortt в качестве стандарта в 1930-х и 1940-х годах, улучшая показатели хронометража намного выше, чем у маятниковых и балансирных спусков.

Работа кварцевых часов основана на пьезоэлектрическом свойстве кристаллов кварца. Когда электрическое поле приложено к кристаллу, оно меняет свою форму. Он генерирует электрическое поле, когда сжимается или сгибается. При помещении в подходящую электронную цепь это взаимодействие между механическим напряжением и электрическим полем вызывает кристалл вибрировать и генерировать электрический сигнал постоянной частоты, который может быть использован для работы электронных часов отобразить.
Кварцевые часы были лучше, потому что у них не было механизмов или спусков, чтобы нарушить их регулярную частоту. Несмотря на это, они полагались на механическую вибрацию, частота которой критически зависела от размера и формы кристалла. Никакие два кристалла не могут быть абсолютно одинаковыми с одинаковой частотой. Кварцевые часы продолжают доминировать на рынке в цифрах, потому что их производительность превосходна, и они недороги. Но хронометраж производительность кварцевых часов была существенно превзойдена атомными часами.

Информация и иллюстрации предоставлены Национальным институтом стандартов и технологий и Министерством торговли США.