Mehānisko pulksteņu vēsture

Viduslaiku lielākajā daļā, aptuveni no 500 līdz 1500 AD, Eiropā tehnoloģiskā attīstība bija praktiski apstājusies. Saules pulksteņu stili attīstījās, taču tie neatkāpās tālu no senās Ēģiptes principiem.

Vienkārši saules pulksteņi, kas novietoti virs durvīm, tika izmantoti, lai viduslaikos identificētu pusdienlaiku un četrus saulē apspīdētās dienas "paisumus". 10. gadsimtā tika izmantoti vairāki kabatas pulksteņu veidi - viens angļu modelis identificēja plūdmaiņas un pat kompensēja saules augstuma sezonālās izmaiņas.

14. gadsimta sākumā līdz vidum vairāku Itālijas pilsētu torņos sāka parādīties lieli mehāniskie pulksteņi. Nav reģistrēts neviens strādājošs modelis pirms šiem publiskajiem pulksteņiem, kurus vadīja svars un kurus regulēja gājiens pa galvu. Robežu un foliootu mehānismi valdīja vairāk nekā 300 gadus ar izmaiņas folioota formā, taču visiem tiem bija viena un tā pati pamatproblēma: svārstības lielā mērā bija atkarīgs no piedziņas spēka un berzes daudzuma piedziņā, tāpēc ātrumu bija grūti regulēt.

Vēl viens sasniegums bija Pētera Henleina, vācu atslēdznieka no Nirnbergas, izgudrojums kādreiz no 1500. līdz 1510. gadam. Henleina izveidoja ar atsperi darbināmus pulksteņus. Nomainot smagos piedziņas svarus, tika iegūti mazāki un pārnēsājami pulksteņi. Henleins iesaucis savus pulksteņus "Nirnbergas olās".

Lai arī tie palēninājās, atsākoties galvenajam avotam, tie bija iecienījuši pārtikušus cilvēkus to lieluma dēļ un tāpēc, ka tos varēja novietot uz plaukta vai galda, nevis karājās no sienas. Tie bija pirmie pārnēsājamie hronometri, bet viņiem bija tikai stundu rokas. Minūtes rokas neparādījās līdz 1670. gadam, un šajā laikā pulksteņiem nebija stikla aizsardzības. Stikls, kas tika novietots virs pulksteņa sejas, radās tikai 17. gadsimtā. Tomēr Henleina sasniegumi dizainā bija patiesi precīza laika uzskaites priekšnoteikumi.

Pirmais svārsta pulkstenis 1656. gadā tika izgatavots holandiešu zinātnieks Kristians Hjūgens. To regulēja mehānisms ar "dabisku" svārstību periodu. Lai gan Galileo Galilei dažreiz tiek kreditēts par svārsta izgudrošanu, un viņš pētīja tā kustību jau 1582. gadā, viņa pulksteņa dizains netika uzcelts pirms viņa nāves. Pirmoreiz šāda precizitāte tika panākta, Hujenga svārsta pulksteņa kļūda bija mazāka par vienu minūti dienā. Viņa vēlākie uzlabojumi samazināja viņa pulksteņa kļūdas līdz mazāk nekā 10 sekundēm dienā.

Huygens izstrādāja līdzsvara riteni un atsperes bloku kādreiz ap 1675. gadu, un tas joprojām ir atrodams dažos mūsdienu rokas pulksteņos. Šis uzlabojums ļāva 17. gadsimta pulksteņiem saglabāt laiku līdz 10 minūtēm dienā.

Viljams Klements sāka būvēt pulksteņus ar jauno "enkura" vai "rekolekcijas" bēgšanu Londona 1671. gadā. Tas bija būtisks uzlabojums virs robežas, jo tas mazāk traucēja svārsta kustībai.

1721. gadā Džordžs Grehems uzlaboja svārsta pulksteņa precizitāti līdz vienai sekundei dienā, kompensējot svārsta garuma izmaiņas temperatūras svārstību dēļ. Galdnieks un pašmācītais pulksteņmeistars Džons Harisons pilnveidoja Grahema temperatūras kompensācijas paņēmienus un pievienoja jaunas metodes berzes mazināšanai. Līdz 1761. gadam viņš bija uzbūvējis jūras hronometru ar uzvarēto avotu un līdzsvara riteņa izkļūšanu Lielbritānijas valdības 1714. gada balva, kas tika piedāvāta par līdzekli garuma noteikšanai ar precizitāti līdz pusei grāds. Tas uzturēja laiku uz ritošā kuģa līdz aptuveni vienai piektdaļai sekundes dienā, gandrīz tikpat labi kā svārsta pulkstenis, ko varēja darīt uz sauszemes, un tas bija 10 reizes labāks nekā nepieciešams.

Nākamajā gadsimtā uzlabojumi noveda pie Zīgmunda Rīgera pulksteņa ar gandrīz brīvu svārstu 1889. gadā. Tas sasniedza sekundes simtdaļas precizitāti un kļuva par standartu daudzās astronomiskās observatorijās.

Īstu brīvās svārsta principu ieviesa R. Dž. Ruds ap 1898. gadu, stimulējot vairāku brīvu svārsta pulksteņu attīstību. Viens no slavenākajiem, W. H. Īsais pulkstenis, tika demonstrēts 1921. gadā. Ītras pulkstenis gandrīz nekavējoties nomainīja Rīlersa pulksteni kā augstāko laika kontrolieri daudzās observatorijās. Šis pulkstenis sastāvēja no diviem svārstiem, viens vergs, otrs meistars. Vergu svārs galvenajam svārstam deva maigus spiedienus, kas vajadzīgi kustības uzturēšanai, un tas arī vadīja pulksteņa rokas. Tas ļāva galvenajam svārstam atbrīvoties no mehāniskiem uzdevumiem, kas traucētu tā regularitāti.

Kvarcs kristāla pulksteņi aizstāja Shortt pulksteni kā standartu pagājušā gadsimta 30. un 1940. gados, uzlabojot laika uzskaites veiktspēju, kas ievērojami pārsniedz svārsta un līdzsvara riteņa izbīdes.

Kvarca pulksteņa darbība ir balstīta uz kvarca kristālu pjezoelektrisko īpašību. Kad kristālam tiek uzlikts elektriskais lauks, tas maina tā formu. Tas saspiežot vai saliekot, rada elektrisko lauku. Ievietojot piemērotā elektroniskā shēmā, šī mijiedarbība starp mehānisko spriegumu un elektrisko lauku izraisa kristāls, lai vibrētu un radītu nemainīgas frekvences elektrisko signālu, ko var izmantot elektroniskā pulksteņa darbināšanai displejs.
Kvarca kristāla pulksteņi bija labāki, jo tiem nebija pārnesumu vai izeju, kas traucētu parasto frekvenci. Pat tad viņi paļāvās uz mehānisku vibrāciju, kuras frekvence kritiski bija atkarīga no kristāla lieluma un formas. Neviens no diviem kristāliem nevar būt precīzi līdzīgs ar tieši tādu pašu frekvenci. Kvarca pulksteņi turpina dominēt tirgū pēc skaita, jo to veiktspēja ir lieliska un tie ir lēti. Bet laika uzskaite kvarca pulksteņu veiktspēja ir ievērojami pārsniegta ar atomu pulksteņiem.

Informācija un ilustrācijas, ko sniedz Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts un ASV Tirdzniecības departaments.