Povijest mehaničkih satova

Tijekom većeg dijela srednjeg vijeka, od otprilike 500 do 1500 A., tehnološki napredak bio je u Europi virtualno zaustavljen. Stilovi sunčanja razvijali su se, ali nisu se udaljavali od drevnih egipatskih načela.

Jednostavni sunčani dijelovi postavljeni iznad vrata korišteni su za prepoznavanje podneva i četiri "plime" sunčanog dana u srednjem vijeku. U 10. stoljeću koristilo se nekoliko vrsta džepnih sunčanih zaslona - jedan je engleski model identificirao plimu i čak nadoknadio sezonske promjene sunčeve nadmorske visine.

U ranim do sredinom 14. stoljeća u kulama nekoliko talijanskih gradova počeli su se pojavljivati ​​veliki mehanički satovi. Nema zapisa o bilo kojem radnom modelu koji je prethodio tim javnim satovima koji su bili vođeni težinom i regulirani bijegom i nagibom. Mehanizmi slojeva i sloja kralježnice vladali su više od 300 godina s varijacijama u obliku folija, ali svi su imali isti osnovni problem: oscilacija jako ovisilo o količini pokretačke sile i količini trenja u pogonu, tako da je brzinu bilo teško regulirati.

Drugi napredak bio je izum Petera Henleina, njemačkog bravara iz Nürnberga, negdje između 1500. i 1510. Henlein je stvorio satove s oprugom. Zamjena velikih težina pogona rezultirala je manjim i prijenosnijim satovima i satovima. Henlein je nadimak nazvao "Nirnberškim jajima."

Iako su usporavale kao odvijanje glavnog izvora, bile su popularne među bogatim pojedincima zbog svoje veličine i zbog toga što su ih mogle staviti na policu ili stol umjesto obješene sa zida. Bili su to prvi prijenosni satovi, ali imali su samo sat vremena. Minute ruke su se pojavljivale do 1670. godine, a satovi za to vrijeme nisu imali zaštitu od stakla. Staklo postavljeno preko lica sata nastalo je tek u 17. stoljeću. Ipak, Henleinov napredak u dizajnu bili su prethodnici uistinu točnog vremena.

Christian Huygens, nizozemski znanstvenik, izradio je prvi sat klatna 1656. godine. Bilo je regulirano mehanizmom s "prirodnim" razdobljem oscilacija. Iako Galileo Galilei ponekad se pripisuje izumu klatna i proučavao je njegovo kretanje već 1582., njegov dizajn sata nije izgrađen prije njegove smrti. Huygensov sat klatna imao je pogrešku manju od jedne minute dnevno, prvi put kada je takva točnost postignuta. Kasnija usavršavanja smanjila su pogreške sata na manje od 10 sekundi dnevno.

Huygens je razvio kotač za ravnotežu i oprugu negdje oko 1675. i još uvijek se nalazi u nekim današnjim ručnim satovima. Ovo je poboljšanje omogućilo da satovi iz 17. stoljeća drže vrijeme do 10 minuta dnevno.

William Clement započeo je s gradnjom satova s ​​novim "sidrom" ili "povratkom" bijega u London godine 1671. Ovo je bilo značajno poboljšanje u odnosu na ivicu jer je manje ometalo kretanje klatna.

Godine 1721. George Graham poboljšao je točnost klatna na jednu sekundu dnevno kompenzirajući promjene u duljini klatna zbog temperaturnih razlika. John Harrison, stolar i samouki satnik, usavršio je Grahamove tehnike kompenzacije temperature i dodao nove metode smanjenja trenja. Do 1761. godine izgradio je brodski kronometar s oprugom i oprugom kotača nagrada britanske vlade 1714. ponudila je sredstvo za određivanje zemljopisne dužine do pola sata stupanj. Zadržao je vrijeme na brodu oko jedne petine sekunde dnevno, gotovo jednako kao i klatno na satu, i to 10 puta bolje nego što je potrebno.

Tijekom sljedećeg stoljeća, usavršavanja su dovela do sata Siegmunda Rieflera s gotovo besplatnim klatnom 1889. godine. Postigla je točnost stotine sekunde dnevno i postala standard u mnogim astronomskim opservatorijama.

Pravi princip slobodnog klatna uveo je R. J. Rudd oko 1898. godine, potičući razvoj nekoliko satova sa slobodnim klatnom. Jedan od najpoznatijih, W. H. Kratki sat, demonstriran je 1921. godine. Kratki sat gotovo je odmah zamijenio Rieflerov sat kao vrhovnog tajmera u mnogim opservatorijama. Ovaj se sat sastojao od dva klatna, jednog rob, a drugi gospodar. Klatno robova majstoru je pružilo nježne pritiske potrebne za održavanje svog pokreta, a također je pokretalo ruke sata. To je omogućilo da glavno klatno ostane bez mehaničkih zadataka koji bi narušili njegovu pravilnost.

Kvarcni kristalni satovi zamijenili su Shorttv sat kao standard u tridesetim i četrdesetim godinama prošlog vijeka, poboljšavajući radno vrijeme daleko više od performansi klatna i bijega.

Rad s kvarcnim satom zasnovan je na piezoelektričnom svojstvu kvarčnih kristala. Kad se na kristal primijeni električno polje, ono mijenja svoj oblik. Prilikom stiskanja ili savijanja stvara električno polje. Kada se stavi u prikladan elektronički krug, ta interakcija između mehaničkog napona i električnog polja uzrokuje pojavu kristal da vibrira i stvara električni signal stalne frekvencije koji se može koristiti za upravljanje elektroničkim satom prikaz.
Kvarcni kristalni satovi bili su bolji jer nisu imali zupčanike ili bure koji bi narušavali njihovu redovnu frekvenciju. Unatoč tome, oslanjali su se na mehaničku vibraciju čija je frekvencija kritično ovisila o veličini i obliku kristala. Nijedna dva kristala ne mogu se točno podudarati s točno istom frekvencijom. Kvarcni satovi i dalje dominiraju na tržištu u brojkama jer su im performanse odlične, a jeftini. Ali Mjerenje vremena performanse kvarcnih satova znatno su nadmašene atomskim satovima.

Informacije i ilustracije Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju i američkog Odjela za trgovinu.