Wersje językowe
Waluty
Historia Zegara – od starożytności do współczesności 0

Dziś nie sposób wyobrazić sobie współczesnego świata bez urządzeń do prawidłowego pomiaru czasu. Zegar jest obecnie tak powszechny, że często zapominamy o jego ważnej roli w naszej cywilizacji. Nasze życie podlega powtarzalnemu rytmowi, który wyznaczają lata, miesiące, dni i godziny. Na dłuższe okresy planujemy działania, które są bardziej strategiczne - zmiana pracy, zakup domu, wakacje. Natomiast każdego dnia jesteśmy zmuszeni poddawać się wydarzeniom ściśle zaplanowanym w czasie. Szkoła, praca, komunikacja miejska, spotkanie ze znajomymi, ulubiony serial czy seans filmowy wymagają od nas precyzyjnej synchronizacji z upływem czasu.

Wcześniejsze cywilizacje również odczuwały potrzebę mierzenia czasu. Na początku nacisk kładziono na mierzenie lat i mijających sezonów, aby zaplanować zbiory i zapasy żywności. Wraz z postępem i rozwojem miast pojawiła się potrzeba dokładniejszego mierzenia czasu, już nie w skali miesięcy czy dni, ale w skali godzin. Potrzeba mierzenia godzin dnia pojawiła się w chrześcijańskiej Europie we wczesnym średniowieczu. Obejmowało to przestrzeganie godzin kanonicznych, które wyznaczają czas modlitwy. Wraz ze wzrostem stopnia zorganizowania społeczeństw rosła potrzeba dokładnego i rzetelnego pomiaru czasu nie w skali godzinowej, ale minutowej, a nawet drugiej. Precyzyjny zegar elektroniczny (kwarcowy) został opracowany dopiero niedawno, a wcześniejsze cywilizacje musiały znaleźć swój punkt odniesienia w czasie za pomocą innych, znacznie prymitywniejszych urządzeń. Jak więc sobie z tym poradziłeś, gdy nie było elektroniki, smartfonów i dużych wyświetlaczy?

Zegar słoneczny

Witraż w katedrze w Cantebury przedstawiający śmierć Ezechiasza na tle zegara słonecznego.

Najwcześniejsza wzmianka o takim zegarze pochodzi ze Starego Testamentu, około 700 r. p.n.e., kiedy Jerozolima znajdowała się pod panowaniem króla Ezechiasza. Ten król zachorował tak poważnie, że prorok Izajasz nakazał królowi przygotować się na śmierć. Jednak Bóg miał inne plany co do Ezechiasza. Obiecał mu wyleczenie, a na dowód przesunął cień na zegarze słonecznym o 10 stopni. Zatem pierwszym opisanym zegarem był zegar słoneczny, ale nie wiemy, jak dokładnie ten zegar wyglądał. Nie wiadomo nawet, czy słowo „stopień” oznacza miarę kąta, czy też stopnie schodów, bo po hebrajsku, podobnie jak po polsku („stopień”), na te dwa znaczenia używa się jednego słowa. Jest prawdopodobne, że pokolenie Ezechiasza znało już pojęcia kątów i stopni, ponieważ cywilizacja ta była w kontakcie ze światem arabskim, a uczeni udowodnili, że Arabowie byli już zaznajomieni z tą dziedziną matematyki w tym czasie.

Zasada działania zegara słonecznego

Zasada działania zegara słonecznego. Źródło: gnonomika.

Zasada działania zegara słonecznego jest bardzo prosta. Gnomon, czyli wskazówka zegara słonecznego wykonana z patyka lub drewnianej listwy, rzuca cień po przeciwnej stronie słońca. 15-stopniowy obrót Ziemi (lub Słońca, jak wcześniej sądzono) odpowiada 1 godzinie. Jeśli więc narysujemy skalę wokół gnomona, otrzymamy dość dokładny pomiar czasu. Pozostaje mała przeszkoda techniczna polegająca na tym, że oś Ziemi zmienia swój kąt względem słońca w zależności od pory roku. Aby wyeliminować błąd spowodowany tym zjawiskiem, gnomon należy ustawić równolegle do osi ziemi. Co ciekawe, odkryto to dopiero w XIV wieku i dopiero wtedy można było mówić o równych godzinach niezależnie od pory roku. W przeszłości, gdy skracano dzień, skracano jednostkę czasu. W zależności od położenia tarczy względem gnomonu rozróżnia się zegary słoneczne poziome, pionowe, równikowe i biegunowe. Zegarów słonecznych używano do późnego średniowiecza, po czym stopniowo zastępowano je coraz potężniejszymi zegarami mechanicznymi. Główną wadą zegarów słonecznych jest ich zależność od warunków atmosferycznych, ich nieprzydatność do użytku w pomieszczeniach oraz całkowita bezużyteczność po zmroku.


zegar słoneczny w Gdańsku

Zegar słoneczny na Ratuszu Głównego Miasta Gdańsk

Zegar wodny

Około 1500 r. p.n.e. Rzymianie używali tzw. zegarów wodnych. Zasada polegała na umieszczeniu dwóch naczyń na różnych wysokościach i umożliwieniu swobodnego przepływu cieczy między nimi (od góry do dołu za pomocą grawitacji). Odpowiednia kalibracja urządzenia gwarantowała jedynie średnią dokładność pomiaru czasu, a powodem tego jest zależność przepływu wody od ciśnienia, które jest zależne od ilości wody w górnym naczyniu. Wraz z upływem czasu ilość wody w górnym naczyniu się zmniejsza, a co za tym idzie, zmniejsza się również ciśnienie więc i przepływ wody. Czas zatem niejako "zwalnia". Dodatkową wadą takiego zegarka była konieczność ciągłego dolewania wody do górnego naczynia.

Klepsydra RzymskaRekonstrukcja egipskiej klepsydry

Jednym z ulepszeń zegarów wodnych była wymiana wody na luźny piasek. Rozwiązano problem nierównomiernego przelewania się wody w zależności od poziomu wody w górnym naczyniu. Niestety pojawił się nowy problem. Z biegiem czasu ziarna piasku na skutek tarcia stawały się coraz mniejsze, tak że czas po każdym użyciu ulega skróceniu.

Zegar świecowy

Zasada działania zegarka świecowego jest bardzo prosta. Płonąca świeca wypala wosk, skracając przy tym jego długość. Znajdująca się na nim skala umożliwiała orientację czasową. Ciekawe, że taki zegar może służyć jako budzik. Gwóźdź wbity na odpowiedniej wysokości po pewnym czasie z hałasem spada na blachę położoną na podłogę, robiąc nie mało hałasu. Bardzo pomysłowe nieprawda?

Nie jest do końca jasne, kto lub kiedy po raz pierwszy użyto świecy do pomiaru czasu. Wiadomo, że metoda ta była szeroko rozpowszechniona zarówno w krajach azjatyckich, jak i europejskich we wczesnym średniowieczu.

Zegar świecowy

Przykład zegara świecowego


Zasada działania zegara świecowego jest bardzo prosta. Płonąca świeca wypala wosk, skracając przy tym jego długość. Znajdująca się na nim skala umożliwiała orientację czasową. Ciekawe, że taki zegar może służyć jako budzik. Gwóźdź wbity na odpowiedniej wysokości po pewnym czasie z hałasem spada na metalową podłogę. Nie jest do końca jasne, kto lub kiedy po raz pierwszy użył świecy do pomiaru czasu. Wiadomo, że metoda ta była szeroko rozpowszechniona zarówno w krajach azjatyckich, jak i europejskich we wczesnym średniowieczu.

Zegar mechaniczny

wychwyt

Pierwszy mechanizm różnicowy z mechanizmem zapadkowym opracowany przez Henry'ego de Vick

Prawdziwym przełomem w rozwoju mechanicznych urządzeń do odmierzania czasu było wykorzystanie energii potencjalnej dzięki zawieszeniu ciężaru na odpowiedniej wysokości, lub energii sprężystości zwiniętej sprężyny głównej. Największym wyzwaniem było stworzenie mechanizmu, który jest w stanie uwolnić niewielką część tej energii w sposób kontrolowany i cykliczny (w równych odstępach czasu), przesuwając wskazówkę na pewną i powtarzalną w czasie odległość. Rozwiązaniem tego problemu okazał się mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu, który został wynaleziony we Francji i umożliwił zamianę energii ukrytej w ciężarze na ruch oscylacyjny.

 

Mechanizm taki oparty jest na zapadce blokującej i kołysce, która na krótko zwalnia zapadkę blokującą ruchem oscylacyjnym, dzięki czemu może ona obracać się o pewien kąt w ściśle określonym czasie. Najlepszym sposobem, aby zrozumieć, jak to działa, jest zobaczenie, jak działa to urządzenie. Dla lepszego zrozumienia zasady działania zegara mechanicznego link do krótkiego filmu pokazującego, jak działa ten rewolucyjny wynalazek

https://www.youtube.com/watch?v=UhFPb-ZZTyI


Głównym ulepszeniem zegara mechanicznego jest zastosowanie stabilnego mechanicznego oscylatora, powszechnie znanego jako wahadło. Szczegółowe badanie tzw. wahadła matematycznego prowadził Galileo Galilei, który na podstawie drugiej zasady termodynamiki precyzyjnie opisał ruch takiego wahadła i odkrył jego zadziwiającą regularność. Czas potrzebny na cykl wahadła nie zależy od jego amplitudy, ale tylko od długości samego wahadła. W fizyce pojęcie to jest znane jako izochronizm. Zatem wahadło może służyć jako dość precyzyjny stabilizator oscylacyjnego ruchu zapadki w zegarze i jest znacznie dokładniejsze niż kołyska mechaniczna.


Mechanizm zegara wahadłowegoZasada działania mechanizmu różnicowego z grzechotką wahadłową

Największą niedokładność urządzenia wprowadza zmienna długość wahadła, gdyż parametr ten ma istotny wpływ na jego częstotliwość (ilość oscylacji w jednostce czasu). Zmiana długości wahadła pod wpływem temperatury otoczenia może spowodować błąd kilku sekund na dobę. Ponadto ruch wahadła jest ściśle zależny od grawitacji ziemi, a nie wszędzie na Ziemi grawitacja ma stałą wartość. Innymi słowy, zegar wahadłowy na równiku pokazuje inny czas niż ten na biegunie. Pomimo ogromnego postępu w dokładności, jaki wprowadził mechaniczny zegar wahadłowy, człowiek nie spoczął na laurach i kontynuował pracę nad jeszcze dokładniejszym urządzeniem.

Zegar kwarcowy

Aby uniezależnić ruch oscylacyjny od grawitacji i uczynić go bardziej powtarzalnym, w latach trzydziestych XX wieku zastosowano tzw. rezonator kwarcowy ze zjawiskiem piezoelektrycznym. Elektroniczny generator impulsów z kryształem w obwodzie jest w stanie dostarczyć bardzo powtarzalną liczbę impulsów - dokładnie 32768 drgań na sekundę. Kolejny obwód tzw. dzielnik impulsów zmniejsza o połowę liczbę impulsów tak, że po 15 cyklach impuls 1 sekundy zwalnia zapadkę, która następnie obraca się dokładnie o 360/60 = 6 stopni. Mechanizmy kwarcowe dzięki wysokiej powtarzalności i niskim kosztom produkcji (kwarc jest popularnym i tanim materiałem - można go znaleźć w piasku) zrewolucjonizowały pomiar czasu i praktycznie zastąpiły zegary mechaniczne. Zegar ścienny, budzik, zegarek na rękę (oprócz klasycznych zegarów mechanicznych) - wszystkie te zegary posiadają precyzyjne mechanizmy kwarcowe.



Zegar FLEXISTYLE

Przykład zegarka firmy FLEXISTYLE, który współpracuje z mechanizmem kwarcowym. Zobacz pełną gamę zegarków FLEXISTYLE, klikając tutaj

Zegar radiowy

Pomimo wysokiej precyzji, mechanizmy kwarcowe, jak wszystkie urządzenia, mają pewien poziom niedoskonałości. Najczęściej odchylenia nie przekraczają 1 sekundy dziennie. Największy wpływ na błąd ma zależność od temperatury elementu piezoelektrycznego. Ciekawą alternatywą na ten problem są tzw. mechanizmy radiowe, które działają dokładnie tak samo jak zegarki kwarcowe, ale dzięki wbudowanemu odbiornikowi radiowemu sporadycznie synchronizują swój czas z czasem „nadrzędnym” nadawanym drogą radiową. W Europie taki sygnał jest wysyłany na częstotliwości 77,5 kHz z Mainflingen koło Frankfurtu. Dzięki temu zegar nigdy nie musi być ustawiany, sam ustawia się po wymianie baterii lub zmianie czasu letniego / zimowego. Wadą takiego rozwiązania są większe gabaryty takiego urządzenia oraz większe zużycie energii elektrycznej (częstsza wymiana baterii). Wysoka precyzja obecnych mechanizmów kwarcowych powoduje, że są one wystarczającym i optymalnym rozwiązaniem dla nowoczesnych zegarów ściennych.


Przykład mechanizmu radiowego

Komentarze do wpisu (0)

Chmura tagów
do góry
Sklep jest w trybie podglądu
Pokaż pełną wersję strony
Sklep internetowy Shoper.pl