POCZĄTKI POMIARU CZASU
Jak sami wiemy - czas jest jedną z najcenniejszych rzeczy w życiu człowieka. To on pozwala nam sprawnie funkcjonować, żyć. Dlatego już w prehistorii starano się go odmierzać. Najbardziej rozpoznawalnymi znakami upływającego czasu były dni i noce. Regulowały one wewnętrzny zegar biologiczny. Najdawniejszymi zegarami, były przedmioty, rzucające cień, który przemieszczał się pod wpływem ruchu słonecznego. Na początku były to po prostu drzewa albo sam człowiek.
Przenieśmy się do ok. 4000 lat wstecz. W Babilonii, Egipcie, Chinach i Indiach pojawiają się pierwsze gnomony. Są to pionowe słupy, ustawione na równym terenie. Cień przez nie rzucany - wraz z upływającym dniem, zmieniał swoją długość oraz położenie - co umożliwiało orientację w czasie. Gnomon był więc prototypem zegara słonecznego. W Egipcie jego funkcję pełnił obelisk, na którym były wyryte hieroglify.
Zegary słoneczne
Przenieśmy się do ok. 4000 lat wstecz. W Babilonii, Egipcie, Chinach i Indiach pojawiają się pierwsze gnomony. Są to pionowe słupy, ustawione na równym terenie. Cień przez nie rzucany - wraz z upływającym dniem, zmieniał swoją długość oraz położenie - co umożliwiało orientację w czasie. Gnomon był więc prototypem zegara słonecznego. W Egipcie jego funkcję pełnił obelisk, na którym były wyryte hieroglify.
Początkowo astronomowie dzielili dobę na dwanaście części. Jednak nie trwał on długo. Dość wcześnie przyjęto w astronomii (a także w użyciu powszechnym) podział - dzielący dobę na 24 godziny. W łacinie jedną taką część nazwano hora od mitologicznego Horusa (bożka Słońca).
Już w II tysiącleciu przed naszą erą w Egipcie wynaleziono przenośny zegar słoneczny.
Modyfikację zegara słonecznego wprowadzili Babilończycy. Umieścili oni gnomon nie na płaskim podłożu, lecz we wnętrzu półkuli. Tutaj cień był odzwierciedleniem pozornego ruchu Słońca.
Szczególnie zegary te były popularne u Greków. Polosem nazywali półkuliste zegary słoneczne, w których była umieszczona na środku pionowa wskazówka, natomiast gnomonem zwali płaski zegar słoneczny z pionową wskazówką. Pewien astronom - Arystarch z Samos - oprócz tego, że jako pierwszy zaproponował heliocentryczny model Układu słonecznego uważa się, że wprowadził on zegar tzw. skafe.
Rzymianie nie tylko przejęli grecką kulturę, lecz także dorobek, jakim była gnomonika - nauka o zegarach słonecznych. Już w I wieku p.n.e. zegary słoneczne były bardzo rozpowszechnione wśród pojedynczych osób.
Teorię konstrukcji zegara słonecznego rozwinęli dopiero Arabowie - dzięki wysokiemu poziomowi matematyki.Wprowadzili oni zmianę - mianowicie zastąpili pionowy gnomon tzw. wskazówką biegunową - równoległą do osi Ziemi. Zastosowanie jej było dużym ulepszeniem wśród poprzednich typów zegarów, ponieważ czas nie jest mierzony długością cienia (zależną od pory roku) lecz kierunkiem cienia wskazówki - zmieniającym swe położenie tylko w zależności od pory dnia.
Przenieśmy się w czasie - do XV wieku. Gnomonika stała już u szczytu rozwoju. Prawie każdy astronom zajmował się nią - w tym nasz rodak - Mikołaj Kopernik. Wykonał on zegar słoneczny na Zamku Kapituły Warmińskiej w Olsztynie, choć czas go nie oszczędzał...
Najstarszym polskim gnomonem, pochodzącym z 1476 roku, jest dzieła Mikołaja Wodki - pierwszego nauczyciela wyżej wymienionego astronoma.
W XVII wieku gnomonika była wykładana na Uniwersytecie Jagielońskim oraz Akademii Poznańskiej.
Wielkim dziełem - które zasługuje na wspomnienie - jest fasadowy zegar słoneczny na elewacji pałacu w Wilanowie, projektu gdańskiego astronoma - Jana Heweliusza.
Dopiero na skutek rozwoju techniki w XX wieku i rozpowszechnieniu się (przykładowo) radiowego wzorca czasu - funkcja zegara słonecznego ostatecznie traci na praktyce. Mimo wszystko - dziś zegary słoneczne są ozdobą wielu ogródków :)
W XVII wieku gnomonika była wykładana na Uniwersytecie Jagielońskim oraz Akademii Poznańskiej.
Wielkim dziełem - które zasługuje na wspomnienie - jest fasadowy zegar słoneczny na elewacji pałacu w Wilanowie, projektu gdańskiego astronoma - Jana Heweliusza.
Dopiero na skutek rozwoju techniki w XX wieku i rozpowszechnieniu się (przykładowo) radiowego wzorca czasu - funkcja zegara słonecznego ostatecznie traci na praktyce. Mimo wszystko - dziś zegary słoneczne są ozdobą wielu ogródków :)
Zegary wodne
Używanie wody do mierzenia czasu jest pewnie tak stare - jak posługiwanie się cieniem, rzucanym przez oświetlone przedmioty. Było to o tyle dobre, że można było czas mierzyć w nocy i pochmurne dni. Faktem jest, że najprostszym tego typu zegarem można nazwać naczynie z otworem, przez który wycieka woda. Po wysokości słupa wody można było się zorientować, ile czasu upłynęło od chwili jego napełnienia.
Najstarszy zegar wodny odnaleziono w grobowcu faraona Amenhotepa I, a więc był on używany ponad 3500 lat temu. Wykonany z alabastru czasomierz, wyglądem przypomina doniczkę o wysokości ponad 30cm.
Z kolei kroniki chińskie podają, że na zbudowanie wodnego zegara wpadł cesarz Huang Di (ok. 2600 lat p.n.e.).
Jak podają Bartnik i Podwapiński w swojej książce - rozwój zegara wodnego w krajach śródziemnomorskich ma swój początek w połowie pierwszego tysiąclecia. Miało to związek z rozwojem mechaniki, a w szczególności z zastosowaniem kół zębatych, lecz kto pierwszy postanowił ich użyć - nie wiadomo...
Ulepszony zegar wodny, który był używany w III wieku p.n.e. wyposażono w koło zębate oraz współpracującą z nim zębatkę. Schemat jego działania można zobaczyć n poniższym rysunku: woda przepływająca z czary do zbiorniczka, która unosi obciążnik z zamieszczoną na nim zębatką do góry - tym samym poruszając koło zębate ze wskazówką, wokół której jest podziałka godzinowa.
Najstarszy zegar wodny odnaleziono w grobowcu faraona Amenhotepa I, a więc był on używany ponad 3500 lat temu. Wykonany z alabastru czasomierz, wyglądem przypomina doniczkę o wysokości ponad 30cm.
Z kolei kroniki chińskie podają, że na zbudowanie wodnego zegara wpadł cesarz Huang Di (ok. 2600 lat p.n.e.).
Jak podają Bartnik i Podwapiński w swojej książce - rozwój zegara wodnego w krajach śródziemnomorskich ma swój początek w połowie pierwszego tysiąclecia. Miało to związek z rozwojem mechaniki, a w szczególności z zastosowaniem kół zębatych, lecz kto pierwszy postanowił ich użyć - nie wiadomo...
Ulepszony zegar wodny, który był używany w III wieku p.n.e. wyposażono w koło zębate oraz współpracującą z nim zębatkę. Schemat jego działania można zobaczyć n poniższym rysunku: woda przepływająca z czary do zbiorniczka, która unosi obciążnik z zamieszczoną na nim zębatką do góry - tym samym poruszając koło zębate ze wskazówką, wokół której jest podziałka godzinowa.
Do udoskonalenia zegarów wodnych przyczynili się Grecy. Budowali oni małe zegary wodne, które nazywane są klepsydrami. Służyły do odmierzania krótkich odcinków czasu - a także skracano nimi wypowiedzi na publicznych zgromadzeniach - widać, jak bardzo cenili sobie czas :D
Najokazalszy zegar wodny zbudował ok. 250 roku p.n.e. Ktesibios - fizyk z Aleksandrii.
Słynna ,,wieża wiatrów'', położona w Atenach, stoi tam do dnia dzisiejszego. Na jej ścianach są ślady zegarów słonecznych, w środku natomiast znajdował - zegar wodny wzorowany na wzorowany na zegarze Ktesibiosa.
Zegary wodne były ciągle ulepszane. W średniowieczu za coś niezwykłego - uważano bijący zegar wodny. Wybijanie godzin polegało w ten sposób, że na dzwon spadały metalowe (bądź kamienne) kulki. Były także takie czasomierze, w których to spadająca woda uruchamiała mechanizm - poruszający młotki bijące. Zegary wodne były w użytku domowym aż do XVI wieku.
Zegary mechaniczne i dziś
Uprzednio wymienione typy zegarów były niedokładne oraz niewygodne w użyciu. Dokładano wszelkich starań, aby odkryć nowe metody mierzenia czasu. Owocnym wynikiem tego typu poszukiwań zaowocowało powstaniem pierwszego zegara mechanicznego.
Zegarem mechanicznym nazywa się maszynę czasu, która wykorzystuje w swej konstrukcji szereg wolno obracających się kół zębatych. Jego energię napędową może stanowić obciążnik lub sprężyna.
Aby zegar mechaniczny mógł odmierzać odcinki czasu - potrzebne są dwie rzeczy - mianowicie dwa współpracujące ze sobą zespoły - wychwytu (dla niewiedzących: część powodująca tykanie zegara) i regulatora (może być w postaci wahadła lub balansu). Osoba, która to wymyśliła - jest wynalazcą zegara mechanicznego. Na podstawie zapisków niemieckiego kronikarza - Thietmara (Dietmata) z Merseburga - można uznać, że wynalazcą zegara mechanicznego jest Gerbert z Aurillac (późniejszy papież Sylwester II). Był to pierwszy zegar mechaniczny.
Pierwsze zegary mechaniczne były ogromnych rozmiarów. Nie posiadały tarcz, a sygnalizowanie aktualnej godziny (wyznaczone obrotem kół) odbywało się poprzez ręczne uderzenie w dzwon. Zegary te umieszczano na kościelnych wieżach oraz katedrach, ponieważ zawieszone na konopnych linach obciążniki, które umożliwiały mu pracę, musiały mieć dużą przestrzeń opadową.
Przed odkryciem prawa wahadłowego, funkcję wahadła zastępował tzw. kolebnik, który miał poziomą oś obrotu, a na jego końcach były zawieszone ciężarki, którymi regulowano okres jego wahań.
Przed odkryciem prawa wahadłowego, funkcję wahadła zastępował tzw. kolebnik, który miał poziomą oś obrotu, a na jego końcach były zawieszone ciężarki, którymi regulowano okres jego wahań.
Najstarszym zachowanym zegarem pochodzącym z XIV wieku, jest ten z katedry w Salisbury w południowej Anglii.
Pierwsze zegary nie były dokładne i często były regulowane poprzez zegary słoneczne. Posiadały tylko jedną wskazówkę - godzinową. Ich duża odchyłka dobowa wynikała z niedopracowania wychwytu i regulatora... ale była jeszcze jedna rzecz - postęp.
Więc - co działo się dalej?
Kiedy na przełomie XV-XVI wieku zegarmistrzostwo powoli zaczęło się rozwijać, wynaleziono pierwszą sprężynę napędową. Niedługo po tym, w 1504 roku powstaje pierwszy zegarek, którego twórcą jest ślusarz z Norymbergi - Peter Henlein. W tym czasomierzu kolebnik zastąpiono prototypem balansu.
Większą dokładność zegarów mechanicznych uzyskano dopiero po odkryciu przez Galileusza prawa ruchu wahadłowego. Pozwoliło to na zastosowanie wahadła z zegarze, przez co ich dokładność wzrosła. Dlatego niedługo potem po raz pierwszy zastosowano wskazówkę minutową, a potem sekundową. Działo się to wszystko pod koniec XVII wieku, który w szczególności przyczynił się do dokładniejszego mierzenia czasu.
Kiedy zaczęto wprowadzać nowe rodzaje wychwytów - dokładność mierzonego czasu wzrosła. Jeden z pierwszych, który takowe zmiany wprowadził, jest uważany za jednego z największych eksperymentatorów XVII wieku. Chodzi tu o Roberta Hooke'a. Wynalazł on prawdopodobnie jeden z najbardziej popularnych wychwytów wśród zegarów wahadłowych - a mianowicie wychwyt hakowy.
Około 1715 roku George Graham konstruuje kotwicowy wychwyt spoczynkowy. Jego zaletą było to, że poruszające się palety kotwicy nie cofały koła wychwytowego - co przełożyło się na dokładniejszy chód zegara. Do dziś jest on stosowany w wielu precyzyjnych czasomierzach wahadłowych.
Od początku XVIII wieku w zegarkach zaczęto stosować kamienie - łożyska z kamieni szlachetnych (przeważnie z rubinów), które cechują się bardzo dużą odpornością, przez co czasomierze stały się trwalsze oraz dokładniejsze. Poprawił się także wygląd samego mechanizmu. Dziś niektóre zegarki mogą mieć nawet 100 kamieni funkcjonalnych (!) lecz nie są to kamienie naturalne - tylko syntetyczne. W latach 20. ubiegłego wieku zaczęto produkować syntetyczne rubiny. Ich koszt był o wiele mniejszy - dlatego też zaczęto je powszechnie stosować w prawie każdym zegarku.
Kolejne udoskonalenia wprowadzały w życie nowe rodzaje wychwytów - tym razem do zegarków noszonych. W 1748 roku francuski zegarmistrz Pierre le Roy tworzy wychwyt chronometrowy, który po wielu poprawkach, używany był w zegarach okrętowych - chronometrach. Z kolei je wynalazł Anglik John Harrison.
Każdy materiał podlega rozszerzalności temperaturowej. W regulatorach (wahadło, balans) musi być ona jak najmniejsza - aby zegar miał jak największą dokładność - dlatego w terminologii pojawiło się takie pojęcie, jakim jest kompensacja temperaturowa. Aby je usunąć, wymyślono różne rodzaje urządzeń kompensacyjnych.
W 1889 roku Sigmund Riefler konstruuje wychwyt sprężynowy swobodny nazwany jego nazwiskiem. Stosowany jest on w precyzyjnych zegarach astronomicznych. Od 1890 roku wraz z e sprężynowym wychwytem swobodnym Strassera (powstałym w podobnym czasie) zostały wprowadzone do zegarów precyzyjnych. Przed elektrycznym zegarem Shortta, czasomierze w nie wyposażone były najdokładniejszymi na świecie. Jednak mają one wadę - są bardzo wrażliwe na wstrząsy.
I mamy XX wiek. Aż do połowy lat 80. zegary i zegarki mechaniczne były rozpowszechnione praktycznie w każdym domu. Lecz wraz z postępem, straciły one znaczeniu wśród większości ludzi... A szkoda - ponieważ mają one coś, co ja nazywam duszą. Mimo wszystko - do dziś zegary mechaniczne można spotkać np. u własnych dziadków, wśród pasjonatów (do których należę ja), a także na wieżach nie jednego ratusza/ kościoła.
W 1924 roku Anglik William Hamilton Shortt we współpracy z Frankiem Hope-Jonesem konstruuje elektromechaniczny zegar wahadłowy, który swoją dokładnością przewyższył wychwyt Strassera i Riefflera.
W 1927 roku zostaje wynaleziony zegar kwarcowy przez Warrena Marrisona. Przez pierwszych kilkanaście lat były one stosowane tylko w laboratoriach, albowiem były one duże i podatne na uszkodzenia. Z biegiem lat ich wielkość się zmniejszyła. Dziś mechanizmy kwarcowe mogą się zmieścić w pudełeczku po zapałkach. Zdominowały on rynek - można je spotkać wszędzie. Kosztują niewiele i dość dokładnie mierzą czas.
Nadchodzi rok 1949. Powstaje pierwszy zegar atomowy. Na początku był on nawet mniej dokładny, niż zegary kwarcowe - produkowane w tamtym okresie. Po ciągłym udoskonalaniu go - zmniejszył swoją wielkość do mechanizmu zegarka kwarcowego, a mimo to - jest on o wiele dokładniejszy.
Ale czy one są najdokładniejsze? Otóż okazuje się, że nie...
W 2011 roku w Gdańsku uruchomiono pierwszy zegar pulsarowy. Działanie jego opiera się na zliczaniu fal radiowych, emitowanych przez pulsary. Nazywamy tak pewien rodzaj gwiazd neutronowych. Cechują się one tym, że w regularnych odstępach czasowych wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne - najczęściej radiowe. I właśnie te fale zlicza ten zegar. W momencie jego instalacji był on najdokładniejszym zegarem na świecie.
To na razie wszystko. Czas płynie dalej, a my staramy się odkrywać nowe, coraz to dokładniejsze metody jego mierzenia. To nie kończąca się historia...
Źródła: Technologia mechanizmów zegarowych: mechanizmy (Bernard Bartnik i Wawrzyniec Podwapiński), Wikipedia, Historia precyzyjnego zegara mechanicznego (Franciszek Wiegand), zdjęcia: Internet: kolumber.pl,Wikipedia, książki.
Więc - co działo się dalej?
Kiedy na przełomie XV-XVI wieku zegarmistrzostwo powoli zaczęło się rozwijać, wynaleziono pierwszą sprężynę napędową. Niedługo po tym, w 1504 roku powstaje pierwszy zegarek, którego twórcą jest ślusarz z Norymbergi - Peter Henlein. W tym czasomierzu kolebnik zastąpiono prototypem balansu.
Większą dokładność zegarów mechanicznych uzyskano dopiero po odkryciu przez Galileusza prawa ruchu wahadłowego. Pozwoliło to na zastosowanie wahadła z zegarze, przez co ich dokładność wzrosła. Dlatego niedługo potem po raz pierwszy zastosowano wskazówkę minutową, a potem sekundową. Działo się to wszystko pod koniec XVII wieku, który w szczególności przyczynił się do dokładniejszego mierzenia czasu.
Kiedy zaczęto wprowadzać nowe rodzaje wychwytów - dokładność mierzonego czasu wzrosła. Jeden z pierwszych, który takowe zmiany wprowadził, jest uważany za jednego z największych eksperymentatorów XVII wieku. Chodzi tu o Roberta Hooke'a. Wynalazł on prawdopodobnie jeden z najbardziej popularnych wychwytów wśród zegarów wahadłowych - a mianowicie wychwyt hakowy.
Około 1715 roku George Graham konstruuje kotwicowy wychwyt spoczynkowy. Jego zaletą było to, że poruszające się palety kotwicy nie cofały koła wychwytowego - co przełożyło się na dokładniejszy chód zegara. Do dziś jest on stosowany w wielu precyzyjnych czasomierzach wahadłowych.
Od początku XVIII wieku w zegarkach zaczęto stosować kamienie - łożyska z kamieni szlachetnych (przeważnie z rubinów), które cechują się bardzo dużą odpornością, przez co czasomierze stały się trwalsze oraz dokładniejsze. Poprawił się także wygląd samego mechanizmu. Dziś niektóre zegarki mogą mieć nawet 100 kamieni funkcjonalnych (!) lecz nie są to kamienie naturalne - tylko syntetyczne. W latach 20. ubiegłego wieku zaczęto produkować syntetyczne rubiny. Ich koszt był o wiele mniejszy - dlatego też zaczęto je powszechnie stosować w prawie każdym zegarku.
Kolejne udoskonalenia wprowadzały w życie nowe rodzaje wychwytów - tym razem do zegarków noszonych. W 1748 roku francuski zegarmistrz Pierre le Roy tworzy wychwyt chronometrowy, który po wielu poprawkach, używany był w zegarach okrętowych - chronometrach. Z kolei je wynalazł Anglik John Harrison.
Każdy materiał podlega rozszerzalności temperaturowej. W regulatorach (wahadło, balans) musi być ona jak najmniejsza - aby zegar miał jak największą dokładność - dlatego w terminologii pojawiło się takie pojęcie, jakim jest kompensacja temperaturowa. Aby je usunąć, wymyślono różne rodzaje urządzeń kompensacyjnych.
W 1889 roku Sigmund Riefler konstruuje wychwyt sprężynowy swobodny nazwany jego nazwiskiem. Stosowany jest on w precyzyjnych zegarach astronomicznych. Od 1890 roku wraz z e sprężynowym wychwytem swobodnym Strassera (powstałym w podobnym czasie) zostały wprowadzone do zegarów precyzyjnych. Przed elektrycznym zegarem Shortta, czasomierze w nie wyposażone były najdokładniejszymi na świecie. Jednak mają one wadę - są bardzo wrażliwe na wstrząsy.
I mamy XX wiek. Aż do połowy lat 80. zegary i zegarki mechaniczne były rozpowszechnione praktycznie w każdym domu. Lecz wraz z postępem, straciły one znaczeniu wśród większości ludzi... A szkoda - ponieważ mają one coś, co ja nazywam duszą. Mimo wszystko - do dziś zegary mechaniczne można spotkać np. u własnych dziadków, wśród pasjonatów (do których należę ja), a także na wieżach nie jednego ratusza/ kościoła.
W 1924 roku Anglik William Hamilton Shortt we współpracy z Frankiem Hope-Jonesem konstruuje elektromechaniczny zegar wahadłowy, który swoją dokładnością przewyższył wychwyt Strassera i Riefflera.
W 1927 roku zostaje wynaleziony zegar kwarcowy przez Warrena Marrisona. Przez pierwszych kilkanaście lat były one stosowane tylko w laboratoriach, albowiem były one duże i podatne na uszkodzenia. Z biegiem lat ich wielkość się zmniejszyła. Dziś mechanizmy kwarcowe mogą się zmieścić w pudełeczku po zapałkach. Zdominowały on rynek - można je spotkać wszędzie. Kosztują niewiele i dość dokładnie mierzą czas.
Nadchodzi rok 1949. Powstaje pierwszy zegar atomowy. Na początku był on nawet mniej dokładny, niż zegary kwarcowe - produkowane w tamtym okresie. Po ciągłym udoskonalaniu go - zmniejszył swoją wielkość do mechanizmu zegarka kwarcowego, a mimo to - jest on o wiele dokładniejszy.
Ale czy one są najdokładniejsze? Otóż okazuje się, że nie...
W 2011 roku w Gdańsku uruchomiono pierwszy zegar pulsarowy. Działanie jego opiera się na zliczaniu fal radiowych, emitowanych przez pulsary. Nazywamy tak pewien rodzaj gwiazd neutronowych. Cechują się one tym, że w regularnych odstępach czasowych wysyłają promieniowanie elektromagnetyczne - najczęściej radiowe. I właśnie te fale zlicza ten zegar. W momencie jego instalacji był on najdokładniejszym zegarem na świecie.
To na razie wszystko. Czas płynie dalej, a my staramy się odkrywać nowe, coraz to dokładniejsze metody jego mierzenia. To nie kończąca się historia...
Źródła: Technologia mechanizmów zegarowych: mechanizmy (Bernard Bartnik i Wawrzyniec Podwapiński), Wikipedia, Historia precyzyjnego zegara mechanicznego (Franciszek Wiegand), zdjęcia: Internet: kolumber.pl,Wikipedia, książki.