Historie časoměrných zařízení - History of timekeeping devices

Námořní přesýpací hodiny . Souvisí s přesýpacími hodinami , v dnešní době se často používají symbolicky k vyjádření pojmu času.

Historie měření času přístroje se datuje do kdy starověkých civilizací poprvé pozorována astronomických těles , jak se pohybovali po obloze. Zařízení a metody pro udržení času se od té doby zlepšily díky dlouhé sérii nových vynálezů a nápadů. Sluneční hodiny a vodní hodiny pocházejí ze starověkého Egypta a později je používali Babyloňané , Řekové a Číňané ; středověké islámské vodní hodiny byly svou propracovaností bezkonkurenčně až do poloviny 14. století. Kadidlové hodiny, které mohly být vynalezeny v Indii, byly v Číně používány v 6. století. Přesýpací hodiny , jedna z mála spolehlivých metod měření času na moři, byl evropský vynález, a nezdá se, že byly používány v Číně před polovinou 16. století.

Ve středověké Evropě byly po vynálezu zvonicího alarmu vyvinuty čistě mechanické hodiny, sloužící k varování muže, aby mýtil mnišský zvon. Váha poháněná mechanickými hodinami, ovládanými akcí na pokraji a foliotem , byla syntézou dřívějších myšlenek odvozených z evropské a islámské vědy a jedním z nejdůležitějších vynálezů v historii časomíry. Nejslavnější mechanické hodiny navrhl a postavil Henry de Vick v c. 1360 - následujících 300 let byla všechna vylepšení časomíry v podstatě vývojem založeným na ní. Vynález hnacího pružiny na počátku 15. století umožnil poprvé postavit malé hodiny.

Od 17. století vedlo zjištění, že hodiny lze ovládat pomocí harmonických oscilátorů, do nejproduktivnější éry v historii časomíry. Leonardo da Vinci vytvořil nejstarší známé kresby kyvadla v letech 1493–1494 a v roce 1582 Galileo Galilei zkoumal pravidelný výkyv kyvadla a zjistil, že frekvence závisí pouze na délce. Kyvadlové hodiny , navržený a postavený holandský polymath Christiaan Huygens v roce 1656, byl mnohem přesnější než jiné druhy mechanických časoměřiči, že jen málo hodiny přežily svou hranici a Foliot mechanismů neporušené. Mezi další inovace v měření času v tomto období patří vynálezy pro úderné hodiny, opakující se hodiny a únik mrtvého rytmu . Chyby v raných kyvadlových hodinách byly zastíněny chybami způsobenými kolísáním teploty, problémem, který v 18. století řešili angličtí hodináři John Harrison a George Graham ; pouze vynález invaru v roce 1895 eliminoval potřebu takových inovací.

Od 18. století, řada inovací a vynálezů vedla k tomu, že časomíra byla stále přesnější. Po námořní katastrofě Scilly v roce 1707 , po níž vlády nabídly cenu každému, kdo by mohl objevit způsob, jak určit zeměpisnou délku, postavil Harrison řadu přesných hodinek. Elektrické hodiny, vynalezené v roce 1840, sloužily k ovládání nejpřesnějších kyvadlových hodin až do čtyřicátých let minulého století, kdy se křemenné časovače staly základem pro přesné měření času a frekvence. Náramkové hodinky, které byly během búrské války uznány jako cenný vojenský nástroj , se po první světové válce staly symbolem mužnosti a statečnosti. V průběhu 20. století byly nemagnetické náramkové hodinky , hodinky poháněné baterií, křemenné náramkové hodinky a tranzistory a plastové díly byly vynalezeny. Nejpřesnějšími časoměrnými zařízeními , která se dnes používají v praxi, jsou atomové hodiny , jejichž přesnost může být několik miliardtin sekundy za rok. Používají se ke kalibraci jiných hodin a časoměrných přístrojů.

Zařízení pro nepřetržité měření času

Slunce vycházející nad Stonehenge v jižní Anglii o červnovém slunovratu

Starověké civilizace určovaly čas astronomickými tělesy , často Sluncem a Měsícem . Podle historika Erica Brutona je Stonehenge pravděpodobně ekvivalentem astronomické observatoře z doby kamenné , který se používá k sezónním a každoročním událostem, jako jsou rovnodennosti nebo slunovraty . Jelikož megalitické civilizace nezanechaly žádnou zaznamenanou historii, je o jejich metodách měření času známo jen málo.

Mezoameričané při práci s kalendáři upravili svůj obvyklý vigesimální systém (základna-20), aby vytvořili 360denní rok. Tyto domorodé Australané pochopil pohyb objektů na obloze dobře, a využili své znalosti k výstavbě kalendářů a navigace podpory; většina domorodých kultur měla období, která byla dobře definována a určena přirozenými změnami v průběhu celého roku, včetně nebeských událostí. Lunární fáze byly použity k označení kratších časových období; Yaraldi na jihu Austrálie je jedním z mála lidí, zaznamenané jak mít způsob, jak měřit čas během dne, který byl rozdělen do sedmi částí pomocí polohy slunce

Všichni časoměřiči před 13. stoletím spoléhali na metody, které používaly něco, co se pohybovalo nepřetržitě. Žádný časný způsob udržování času se nemění ustáleným tempem. Zařízení a metody pro udržení času se neustále zlepšovaly díky dlouhé řadě nových vynálezů a nápadů.

Stínové hodiny a sluneční hodiny

Staroegyptské sluneční hodiny ( Rijksmuseum van Oudheden )

První zařízení používaná k měření polohy Slunce byly stínové hodiny , které se později vyvinuly do slunečních hodin . Egyptské obelisky , postavené c.  3500  př. N. L., Patří mezi nejstarší stínové hodiny. Nejstarší ze všech známých slunečních hodin pochází z doby c.  1500  př. N. L. (Během 19. dynastie ), a byl objeven v Údolí králů v roce 2013. Obelisky mohly ukazovat, zda bylo ráno nebo odpoledne, a také letní a zimní slunovraty . Byly vyvinuty jakési stínové hodiny c.  500  př. N. L., Který měl podobný tvar jako ohnutý T-čtverec . Měří plynutí času stínem vrhaným jeho příčníkem a ráno byl orientován na východ a v poledne se otočil, aby mohl vrhat svůj stín opačným směrem.

Sluneční hodiny se nazývá v Bibli, ve 2. Královské 20 : 9-11, když Ezechiáš , král Judska během 8. století BC, se zaznamenávají v okamžiku, léčí skrze proroka Izaiáše a požádá o znamení, že by obnovit:

I řekl Izaiáš: Toto znamení budeš míti od Pána, že Hospodin učiní věc, kterouž mluvil: Půjde stín o deset stupňů vpřed, nebo o deset stupňů zpět? A Ezechiáš odpověděl: Je to lehká věc, aby stín klesl o deset stupňů: ne, ale nechť se stín vrátí o deset stupňů zpět. Prorok Izaiáš zvolal k Hospodinu: ten stín stáhl o deset stupňů zpět, čímž se dostal dolů do Achazova ciferníku.

Hliněné od pozdní Babylonian období popisuje délky stínu v různých ročních obdobích. Babylonian spisovatel Berossos ( . Fl  3. století před naším letopočtem ) je připočítán s Řeky s vynálezem z polokulové sluneční hodiny vyhloubený z kamene; cesta stínu byla pro označení času rozdělena na 12 částí. Řecké sluneční hodiny se vyvinul, aby se stal vysoce sophisticated- Ptolemaios ‚s Analema , napsané ve 2. století našeho letopočtu, používá časnou formu trigonometrie odvodit pozici slunce z údajů, jako je denní doby a zeměpisné šířky . Římané si vypůjčili myšlenku slunečních hodin od Řeků. Vojenský velitel Plinius starší zaznamenal, že první sluneční hodiny v Římě přišly v roce 264 př. N. L. Vypleněny z Catanie na Sicílii ; podle něj dával nesprávný čas celé století, dokud nebylo použito značení a úhel odpovídající římské šířce.

Podle německého historika astronomie Ernsta Zinnera byly sluneční hodiny vyvinuty během 13. století s měřítky, které ukazovaly stejné hodiny. První založený na polárním čase se objevil v Německu c.  1400 ; alternativní teorie navrhuje, že damašské sluneční hodiny měřící v polárním čase lze datovat do roku 1372. Objevila se evropská pojednání o designu slunečních hodin c.  1500 .

Egyptská metoda určování času v noci, používaná nejméně od roku 600 př . N. L. , Byla typem olovnice nazývané merkhet . Severojižní poledník byl vytvořen pomocí dvou merkelet zarovnaných s Polaris , hvězdou severního pólu . Čas byl určen pozorováním konkrétních hvězd při jejich překročení poledníku.

Vodní hodiny

( vlevo ) Vápencové egyptské vodní hodiny , 285–246 př. n. l. ( Oriental Institute, Chicago ) ( vpravo ) Babylonská hliněná deska BM 29371, která popisuje vodní hodiny ( Britské muzeum )

Nejstarší popis klepsydry neboli vodních hodin pochází z nápisu na hrobě z počátku 18. dynastie ( asi  1500  př . N. L.) Egyptského dvorního úředníka jménem Amenemhet, který je označován za jeho vynálezce. Předpokládá se, že předmět popsaný na nápisu je mísa se značením určujícím čas. Nejstarší dochované vodní hodiny byly nalezeny v hrobce faraona Amenhotepa III ( asi  1417–1379 př . N. L.). Neexistují žádné uznávané příklady existujících vytékajících vodních hodin ze starověké Mezopotámie odtokových vodních hodin, ale písemné odkazy přežily.

Zavedení vodních hodin do Číny , snad z Mezopotámie, se odehrálo již ve 2. tisíciletí před naším letopočtem, za dynastie Šang a nejpozději v 1. tisíciletí před naším letopočtem. Kolem roku 550 n. L. Byl Yin Gui prvním v Číně, který napsal o přeplněném nebo konstantním tanku. Kolem roku 610 vytvořili dva vynálezci dynastie Sui , Geng Xun a Yuwen Kai, první balanční clepsydru se standardními polohami pro rovnováhu na ocelové lodi . V roce 721 matematik Yi Xing a vládní úředník Liang Lingzan regulovali sílu vody pohánějící orloj a rozdělovali energii na jednotkové impulsy, aby bylo možné duplikovat pohyb planet a hvězd. V roce 976 astronom dynastie Song Zhang Sixun řešil problém s mrazem vody v clepsydrae, když nahradil vodu kapalnou rtutí . Věž s orlojem poháněná vodou byla postavena polymathem Su Song v roce 1088, který představoval první známý nekonečný řetězový pohon přenášející energii .

Věž větrů v Aténách (1. století před naším letopočtem)

Tyto řecké filozofové Anaxagoras a Empedokles oba uvedené vodní hodiny, které byly použity k prosazení lhůt nebo měření plynutí času. Aténský filozof Platón je údajně vynalezl budík , který používal vedení koule kaskádové hlučně na s měděnou mísu probudit své studenty.

Problémem většiny clepsydrae byla kolísání toku vody v důsledku změny tlaku tekutiny, která byla řešena od roku 100 př. N. L., Kdy vodní nádrž hodin dostala kuželovitý tvar. Staly se sofistikovanějšími, když byly zahrnuty inovace, jako jsou gongy a pohyblivé mechanismy. Existují důkazy, že v 1. století př. N. L. Větrná věž v Athénách kdysi měla osm slunečních hodin, vodní hodiny a větrnou lopatku. V řecké tradici se u soudu používaly clepsydrae ; později praxe později přijatá starověkými Římany .

První hodiny s hodinami, vynalezené v 11. století arabským inženýrem Ibn Khalaf al-Muradi v islámské Iberii , byly vodní hodiny využívající segmentové i epicyklické převody . Islámské vodní hodiny, které používaly složité soukolí a zahrnovaly soustavy automatů , byly svou propracovaností až do poloviny 14. století bezkonkurenční. Byly vyvinuty kapalinou poháněné mechanismy (využívající těžké plováky a systém s konstantní hlavou), které umožňovaly vodním hodinám pracovat pomaleji.

Vodní hodiny Jayrun z 12. století v mešitě Umayyad v Damašku zkonstruoval Muhammad al-Sa'ati a později ho popsal jeho syn Ridwan ibn al-Sa'ati ve svém díle O stavbě hodin a jejich používání (1203) . Propracovaný orloj poháněný vodou popsal Al-Jazari ve svém pojednání o strojích, napsaném v roce 1206. Tyto hradní hodiny byly asi 11 metrů vysoké a obsahovaly zobrazení zvěrokruhu a sluneční a měsíční cesty, a dveře, které se hodinu otevřely, aby odhalily figurínu . V roce 1235 stály ve vstupní hale Mustansiriya Madrasah v Bagdádu hodiny poháněné vodou, které „oznamovaly určené hodiny modlitby a čas ve dne i v noci“ .

Čínské vonné hodiny

Kadidlo hodiny ; čas byl měřen pomocí práškového kadidla spáleného na předem změřené dráze

Kadidlové hodiny byly poprvé použity v Číně kolem 6. století, hlavně pro náboženské účely, ale také pro společenská setkání nebo učenci. Kvůli jejich častému používání postav Devanagari americký sinolog Edward H. Schafer spekuloval o tom, že vonné hodiny byly vynalezeny v Indii. Protože kadidlo hoří rovnoměrně a bez plamene, hodiny byly bezpečné pro vnitřní použití. K označení různých hodin byly použity různě vonící kadidla (vyrobená z různých receptů).

Použité vonné tyčinky mohly být rovné nebo spirálovité; spirálovité byly určeny k dlouhodobému používání a často visely na střechách domů a chrámů. Některé hodiny byly navrženy tak, aby spouštěly závaží v rovnoměrných intervalech,

Hodiny na pečení kadidla měly kotouč vyleptaný jednou nebo více drážkami, do kterých bylo umístěno kadidlo. Délka stopy kadidla, přímo související s velikostí pečeti, byla primárním faktorem při určování, jak dlouho hodiny vydrží; na 12 hodin hoření byla odhadnuta kadidlová dráha asi 20 metrů (66 stop). Postupné zavádění kovových disků, které pravděpodobně začalo v době dynastie Song, umožnilo řemeslníkům snadněji vytvářet pečetě různých velikostí, navrhovat a zdobit je estetičtěji a měnit dráhy drážek, aby bylo možné měnit délku dnů. v roce. Jak byly k dispozici menší pečetě, rostly v oblibě hodiny s kadidlovými pečetěmi a často se dostávaly jako dárky.

Astroláby

( vlevo ) popis al-Bīrūnī z 11. století zaměřeného astrolábu; ( vpravo ) astroláb vyrobený v c. 1221 astronomem al ‐ Farisi ( Muzeum historie vědy, Oxford )

V Persii byly vyrobeny sofistikované časomíry s astrolamy s převodovými mechanismy. Mezi příklady patří ty, které postavil polymath Abū Rayhān Bīrūnī v 11. století a astronom Muhammad ibn Abi Bakr al -Farisi v c. 1221. Mosazný a stříbrný astroláb (který také funguje jako kalendář) vyrobený v Isfahánu al -Farisi je nejstarší dochovaný stroj s jeho převodem stále neporušený. Otvory na zadní straně astrolábu znázorňují měsíční fáze a udávají věk Měsíce; v zodiakálním měřítku jsou dva soustředné prstence, které ukazují vzájemné polohy Slunce a Měsíce.

Muslimští astronomové sestrojili řadu vysoce přesných orlojů pro použití v jejich mešitách a observatořích , jako jsou astrolabické hodiny od Ibn al-Shatira na počátku 14. století.

Svíčkové hodiny a přesýpací hodiny

Jeden z prvních odkazů na hodiny se svíčkami je v čínské básni , kterou v roce 520 napsal You Jianfu, který napsal, že odstupňovaná svíčka je prostředkem k určování času v noci. Podobné svíčky se používaly v Japonsku až do počátku 10. století.

Vynález svíčky hodiny byl přidělené anglosasy do Alfreda velký , král Wessex , který použil šest svíček označená v intervalech jednoho palce (25 mm), přičemž každý z 12  pennyweights vosku, a také, že je 12 centimetrů (4,7 palce) vysoký a jednotné tloušťky.

Muslimský vynálezce 12. století Al-Jazari popsal ve své knize Kniha znalostí o důmyslných mechanických zařízeních ( IKitab fi Ma'rifat al-Hiyal al-Handasiyya ) čtyři různé návrhy hodin na svíčku . Jeho takzvané „písařské“ svíčkové hodiny byly vynalezeny k označení uplynulých 14 hodin stejné délky: přesně inženýrský mechanismus způsobil, že svíčka určitých rozměrů byla pomalu tlačena nahoru, což způsobilo pohyb indikátoru po stupnici. Každou hodinu se z ptačího zobáku vynořila malá koule.

Detail z Lorenzettiho to Alegorie dobré vlády ( c. 1338)

Přesýpací hodiny byl jedním z mála spolehlivých metod měření času na moři, a to bylo spekuloval, že to bylo používáno na lodích jako daleká záda jako 11. století, kdy by doplnily kompas jako pomůcka pro navigaci. Nejstarší jednoznačný důkaz o použití přesýpacích hodin se objevuje v obraze Alegorie dobré vlády od italského umělce Ambrogia Lorenzettiho z roku 1338.

Portugalský mořeplavec Ferdinand Magellan používá 18 přesýpacích hodin na každé lodi během jeho obeplutí zeměkoule v roce 1522. I když používané v Číně, historii přesýpací hodiny je tam není známa, ale nezdá se, že byly použity před polovinou 16. století, jako přesýpací hodiny znamená použití foukání skla , pak zcela evropského a západního umění.

Od 15. století se přesýpací hodiny používaly v celé řadě aplikací na moři, v kostelech, v průmyslu a ve vaření; byli to první spolehlivá, opakovaně použitelná, přiměřeně přesná a snadno konstruovaná zařízení pro měření času. Přesýpací hodiny získaly symbolické významy, jako je smrt, střídmost , příležitost a otec čas , obvykle představovaný jako vousatý stařík.

Historie raných oscilačních zařízení v časoměřičích

Anglické slovo hodiny se poprvé objevil v Middle angličtina jako clok , Cloke nebo clokke . Původ slova není s jistotou znám; může se jednat o výpůjčku z francouzštiny nebo holandštiny a lze ji pravděpodobně vysledovat v postklasické latině clocca („zvon“). 7. století, irské a 9. století, germánské prameny zaznamenávaly hodiny ve významu „zvon“.

Judaismus, křesťanství a islám měli čas vyhrazený pro modlitbu, i když se od křesťanů samotných očekávalo, že se budou účastnit modliteb v určitých hodinách dne a noci - to, co historik Jo Ellen Barnett popisuje jako „přísné dodržování opakujících se modliteb říkalo mnohokrát denně “. Poplašné zvonky varovaly mnicha ve službě, aby zpoplatnil mnišský zvon. Jeho alarm byl časovač, který použil formu úniku, aby zazvonil na malý zvonek. Tento mechanismus byl předchůdcem únikového zařízení, které se nacházelo v mechanických hodinách.

13. století

Vodní hodiny (představující hodiny na královském dvoře v Paříži, c. 1250)

První inovace ke zlepšení přesnosti přesýpacích hodin a vodních hodin se objevily v 10. století, kdy byly učiněny pokusy zpomalit jejich rychlost proudění pomocí tření nebo gravitační síly. Nejstarší zobrazení hodin poháněných závěsným závažím je z bible sv. Ludvíka , iluminovaného rukopisu, který ukazuje, že hodiny zpomaluje voda působící na kolo. Zdá se, že ilustrace ukazuje, že hodiny poháněné hmotností byly vynalezeny v západní Evropě. Pojednání sepsané Robertem Angličanem v roce 1271 ukazuje, že středověcí řemeslníci se v tomto období pokoušeli navrhnout čistě mechanické hodiny (tj. Poháněné pouze gravitací). Tyto hodiny byly syntézou dřívějších myšlenek odvozených z evropské a islámské vědy, jako jsou převodové systémy, váhové pohony a úderné mechanismy.

V roce 1250 umělec Villard de Honnecourt ilustroval zařízení, které bylo krokem k vývoji úniku . Dalším předchůdcem útěku byla horologia nocturna , která používala raný druh překrývajícího se mechanismu k ovládání klepadla, které nepřetržitě zasáhlo zvon. Váhem poháněné hodiny byly pravděpodobně západoevropským vynálezem, protože obrázek hodin ukazuje závaží táhnoucí osu kolem, jeho pohyb zpomaloval systém děr, které pomalu uvolňovaly vodu. V roce 1271 napsal anglický astronom Robertus Anglicus o svých současnících, že právě vyvíjejí formu mechanických hodin.

14. století

Detail hodin v katedrále v Salisbury , které ukazují kraj a foliot

Vynález hraničního a foliotického úniku v c. 1275 byl jedním z nejdůležitějších vynálezů v historii hodin i v historii technologie . Jednalo se o první typ regulátoru v horologii . Okraj nebo svislý hřídel je nucen otáčet se závažím poháněným korunovým kolem, ale je zastaven ve volném otáčení foliotem. Foliot, který nemůže volně vibrovat, se houpá tam a zpět, což umožňuje kolečku otáčet jeden zub najednou. Ačkoliv byla hrana a foliot pokrokem oproti předchozím časoměřičům, nebylo možné se vyhnout výkyvům v rytmu způsobeným změnami aplikovaných sil - nejčasnější mechanické hodiny byly pravidelně resetovány pomocí slunečních hodin.

Přibližně ve stejnou dobu jako vynález útěku florentský básník Dante Alighieri použil hodinové snímky k zobrazení duší požehnaných v Paradisu , třetí části Božské komedie , napsané na počátku 14. století. Může to být první známý literární popis mechanických hodin. Od roku 1314 existují odkazy na domácí hodiny; do roku 1325 lze předpokládat, že došlo k vývoji mechanických hodin.

Byly postaveny velké mechanické hodiny, které byly namontovány ve věžích tak, aby zvonily přímo. Věžní hodiny katedrály Norwich (postaven c. 1321 -1325), je nejdříve jako velké hodiny známé. Hodiny nepřežily. První hodiny, o nichž je známo, že pravidelně odbíjejí každou hodinu, hodiny s hranatým a foliotovým mechanismem, jsou zaznamenány v Miláně v roce 1336. Do roku 1341 byly hodiny poháněné závažími dostatečně známé na to, aby mohly být upraveny pro obilné mlýny , a do roku 1344 hodiny ve staré londýnské katedrále svatého Pavla byly nahrazeny hodinkami s únikem. Foliot poprvé ilustroval Dondi v roce 1364 a zmínil se o něj dvorní historik Jean Froissart v roce 1369.

Nejslavnějším příkladem časomíry ve středověku byly hodiny navržené a postavené hodinářem Henrym de Vickem v roce c. 1360, který se prý lišil až o dvě hodiny denně. Následujících 300 let byla veškerá vylepšení časomíry v podstatě vývojem založeným na principech de Vickových hodin. V letech 1348 až 1364 postavil Giovanni Dondi dell'Orologio , syn Jacopa Dondiho, komplexní floridské astrarium .

Během 14. století se na veřejných prostranstvích objevovaly nápadné hodiny se zvyšující se frekvencí, nejprve v Itálii, o něco později ve Francii a Anglii - mezi lety 1371 a 1380 byly veřejné hodiny zavedeny ve více než 70 evropských citátech. Salisburské katedrální hodiny , pocházející z doby kolem roku 1386, jsou jedny z nejstarších pracovních hodin na světě a mohou být nejstarší; stále má většinu původních dílů. Cathedral Wells hodiny , postavený v roce 1392, je unikátní v tom, že má stále svou původní středověkou tvář. Nad hodinami jsou postavy, které udeří na zvony, a řada rytířských rytířů, kteří se každých 15 minut otáčejí kolem dráhy.

Pozdější vývoj

Fusee pro hodiny (Leonardo da Vinci) z jeho „ Pojednání o statice a mechanice “

Vynález hnacího pružiny na počátku 15. století - zařízení, které bylo poprvé použito v zámcích a pro křesadlové zámky ve zbraních - umožnilo poprvé postavit malé hodiny. Potřeba únikového mechanismu, který stabilně řídil uvolňování uložené energie, vedla k vývoji dvou zařízení, stackfreed (který ačkoliv byl vynalezen v 15. století, lze doložit nejdříve c. 1535) a fusee , který jako první pochází ze středověkých zbraní, jako je kuše . V nejranějších dochovaných pružinových hodinách jsou fusee, komorové hodiny vyrobené pro Filipa Dobrého v c.  1430. Leonardo da Vinci , který vytvořil nejstarší známé kresby kyvadla v letech 1493–1494, ilustroval fusee na c.  1500, čtvrt století poté, co se poprvé objevil stočený pramen.

Takzvané 'Henlein Watch'

Hodinové věže v západní Evropě ve středověku zasáhly dobu. Časné ciferníky ukazovaly hodiny; v rukopise z roku 1475 jsou uvedeny hodiny s číselníkem. V průběhu 16. století se časoměřiči stali rafinovanějšími a sofistikovanějšími, takže do roku 1577 dánský astronom Tycho Brahe dokázal získat první ze čtyř hodin, které měřily v sekundách, a v Norimberku byl hodinář Peter Henlein placen za výrobu toho, co si myslí byly nejranějším příkladem hodinek vyrobených v roce 1524. Do roku 1500 začalo používání foliatu v hodinách upadat. Nejstaršími dochovanými hodinami poháněnými pružinou je zařízení vyrobené Jacobem Zechem  [ cs ] v roce 1525. První osobou, která navrhla cestovat s hodinami pro určení délky , v roce 1530, byla nizozemská výrobce nástrojů Gemma Frisius . Hodiny by byly nastaveny na místní čas počátečního bodu, jehož zeměpisná délka byla známa, a zeměpisná délka jakéhokoli jiného místa by mohla být určena porovnáním místního času s hodinovým časem.

Osmanská inženýr Taki ad-Dín popisuje hodiny hmotnosti-řízený s pokraji-and-Foliot úniku, stávkující vlak rychlostních stupňů, alarm, a zastoupení fází Měsíce, ve své knize z nejjasnějších hvězd na konstrukci mechanických hodin ( Al-Kawākib al-durriyya fī wadh 'al-bankāmat al-dawriyya ), napsaný kolem roku 1556.

Předpokládá se, že italský polymath Galileo Galilei si nejprve uvědomil, že kyvadlo by mohlo být použito jako přesný časoměřič poté, co sledoval pohyb zavěšených lamp v katedrále v Pise . V roce 1582 zkoumal pravidelný výkyv kyvadla a zjistil, že to závisí pouze na jeho délce. Galileo nikdy nezkonstruoval hodiny na základě svého objevu, ale před svou smrtí diktoval svému synovi Vincenzovi pokyny pro stavbu kyvadlových hodin .

Období přesného měření času

Kyvadlové hodiny

První přesní časoměřiči záviseli na jevu známém jako harmonický pohyb , při kterém se obnovující síla působící na předmět vzdálila od své rovnovážné polohy - například kyvadlo nebo prodloužená pružina - působí tak, že vrací předmět do této polohy a způsobuje jej na oscilují . Harmonické oscilátory mohou být použity jako přesné časomíry, protože doba oscilace nezávisí na amplitudě pohybu - a proto vždy trvá stejný čas k dokončení jedné oscilace. Perioda harmonického oscilátoru je zcela závislá na fyzických charakteristikách oscilačního systému a ne na počátečních podmínkách nebo amplitudě .

( vlevo a uprostřed ) První kyvadlové hodiny , vynalezené Christiaanem Huygensem v roce 1656. Jeho vynález zvýšil přesnost hodin více než šedesátkrát; ( vpravo ) Netscherův portrét Huygens (1671).

Období, kdy byly hodiny ovládány harmonickými oscilátory, bylo nejproduktivnější érou v měření času. Prvním vynálezem tohoto typu byly kyvadlové hodiny , které navrhl a postavil nizozemský polymath Christiaan Huygens v roce 1656. Rané verze chybovaly o méně než jednu minutu denně a pozdější pouze o 10 sekund, což bylo na jejich čas velmi přesné. Ciferníky, které ukazovaly minuty a sekundy, se staly běžnými po zvýšení přesnosti, které umožnily kyvadlové hodiny. Brahe používal hodiny s minutami a sekundami k pozorování hvězdných pozic. Kyvadlové hodiny překonaly všechny ostatní druhy mechanických časoměřičů do takové míry, že byly obvykle znovu namontovány pomocí kyvadla - úkolu, který bylo možné provést bez obtíží - takže v původní podobě přežilo jen málo zařízení na únik.

První kyvadlové hodiny používaly krajní únik, který vyžadoval široké výkyvy asi 100 °, a tak měl krátká, lehká kyvadla. Výkyv byl snížen na přibližně 6 ° poté, co vynález kotevního mechanismu umožnil použití delších, těžších kyvadel s pomalejšími údery, které měly menší variace, protože se více podobaly jednoduchému harmonickému pohybu, vyžadovaly méně energie a způsobovaly menší tření a opotřebení . První známé hodiny ukotvení kotvy byly postaveny anglickým hodinářem Williamem Clementem v roce 1671 pro KIng's College v Cambridgi, nyní ve Vědeckém muzeu v Londýně . Únik kotvy vznikl u Hooka, ačkoli se tvrdilo, že jej vynalezl Clement nebo anglický hodinář Joseph Knibb .

Tyto Jezuité významnou měrou přispěla k rozvoji kyvadlové hodiny v 17. a 18. století, kteří měli „neobvykle živý zhodnocení významu přesnosti“. Například při měření přesného jednosekundového kyvadla italský astronom otec Giovanni Battista Riccioli přesvědčil devět kolegů jezuitů, „aby napočítali téměř 87 000 oscilací za jediný den“. Sloužily klíčovou roli při šíření a testování vědeckých myšlenek daného období a spolupracovaly s Huygensem a jeho současníky.

Detail z tváře hodin s rovnicemi od Ferdinanda Berthouda , c. 1752 ( Metropolitní muzeum umění )

Huygens nejprve použil hodiny k výpočtu časové rovnice (rozdíl mezi zdánlivým slunečním časem a časem daným hodinami), své výsledky publikoval v roce 1665. Vztah umožnil astronomům použít hvězdy k měření hvězdného času , což poskytlo přesná metoda pro nastavení hodin. Rovnice času byla vyryta na sluneční hodiny, aby bylo možné nastavit hodiny pomocí slunce. V roce 1720 Joseph Williamson tvrdil, že vynalezl hodiny, které ukazovaly sluneční čas , vybavené vačkou a diferenciálním převodem , takže hodiny ukazovaly skutečný sluneční čas.

Mezi další inovace v měření času v tomto období patří vynález mechanismu úderu na stojany a šneky pro úderové hodiny anglickým mechanikem Edwardem Barlowem , vynález Barlowa nebo Daniela Quare , londýnského výrobce hodin, v roce 1676 opakujících se hodin, které zvoní počet hodin nebo minut a únik do mrtvého úhlu , vynalezený kolem roku 1675 astronomem Richardem Towneleyem .

Paris a Blois byly raná centra hodinářství ve Francii a francouzští hodináři jako Julien Le Roy , hodinář z Versailles , byli lídry v designu pouzder a okrasných hodin. Le Roy patřil k páté generaci rodiny hodinářů a jeho současníci ho označili za „nejšikovnějšího hodináře ve Francii, možná v Evropě“. Vynalezl speciální opakovací mechanismus, který zlepšil přesnost hodin a hodinek, tvář, kterou bylo možné otevřít, aby bylo vidět na vnitřní hodinový stroj, a během své kariéry téměř pěti desetiletí, která skončila jeho smrtí v roce 1759, vyrobila nebo dohlížela na více než 3500 hodinek. Konkurence a vědecká rivalita vyplývající z jeho objevů dále povzbudila vědce, aby hledali nové metody přesnějšího měření času.

Rytí of John Harrison -s jeho teplotní kompenzace je zobrazeno na pozadí (1768), Science Museum, Londýn

Jakékoli inherentní chyby v časných kyvadlových hodinách byly menší než jiné chyby způsobené faktory, jako je kolísání teploty. V roce 1729 Yorkshire tesař a hodinář John Harrison vynalezl roštové kyvadlo , které používalo nejméně tři kovy různých délek a vlastností roztažnosti , spojené tak, aby byla zachována celková délka kyvadla, když je ohříváno nebo ochlazováno okolím . V roce 1781 hodinář George Graham kompenzoval kolísání teploty v železném kyvadle pomocí bobu vyrobeného ze skleněné nádoby se rtutí - tekutého kovu při pokojové teplotě, který expanduje rychleji než sklo. Přesnější verze této inovace obsahovaly rtuť v tenčích železných nádobách, aby byly lépe reagující. Tento typ teplotně kompenzujícího kyvadla byl ještě vylepšen, když byla rtuť obsažena v samotné tyči, což umožnilo těsnější spojení dvou kovů. V roce 1895 vynález invaru , slitiny vyrobené ze železa a niklu, která expanduje jen velmi málo, do značné míry eliminoval potřebu dřívějších vynálezů určených ke kompenzaci kolísání teploty.

V letech 1794 a 1795, v důsledku francouzské revoluce , francouzská vláda nařídila použití desetinného času , přičemž den byl rozdělen na 10 hodin po 100 minutách. Hodiny v Palais des Tuileries udržovaly desetinný čas až do roku 1801.

Námořní chronometr

Po námořní katastrofě na Scilly v roce 1707, kdy kvůli lodním chybám najely na mělčinu čtyři lodě, nabídla britská vláda cenu 20 000 GBP, což odpovídá dnešním milionům liber, pro kohokoli, kdo dokáže určit délku do 50 kilometrů (31 mil) na zeměpisná šířka severně od rovníku. Poloha lodi na moři by mohla být určena až do vzdálenosti 100 kilometrů (62 mi), pokud by se navigátor mohl odkazovat na hodiny, které ztratily nebo získaly méně než asi šest sekund za den. Návrhy zkoumal nově vytvořený Board of Longitude . Mezi mnoha lidmi, kteří se pokusili získat cenu, byl jorkšírský hodinář Jeremy Thacker , který poprvé použil termín chronometr v brožuře vydané v roce 1714. Huygens postavil první mořské hodiny, navržené tak, aby zůstaly vodorovně na pohybující se lodi, ale to přestalo fungovat kdyby se loď náhle pohnula.

Harrisonův chronometr H4

V roce 1715, ve věku 22 let, Harrison použil své tesařské schopnosti ke konstrukci dřevěných osmidenních hodin. Jeho hodiny měly inovace, které zahrnovaly použití dřevěných dílů k odstranění potřeby dalšího mazání (a čištění), válečků ke snížení tření, nového druhu úniku a použití dvou různých kovů ke snížení problému roztažnosti způsobené teplotou variace. Odcestoval do Londýna, aby vyhledal pomoc u Board of Longitude při výrobě námořních hodin. Byl poslán navštívit Grahama, který pomáhal Harrisonovi tím, že zařídil financování jeho práce na stavbě hodin. Po 30 letech bylo postaveno jeho zařízení, nyní pojmenované „H1“, a v roce 1736 bylo testováno na moři. Harrison poté pokračoval v konstrukci a výrobě dalších dvou námořních hodin, „H2“ (dokončeno kolem roku 1739) a „H3“, přičemž obě byly připraveny do roku 1755.

Harrison vyrobil dvě hodinky, „H4“ a „H5“. Eric Bruton ve své knize Historie hodin a hodinek popsal H4 jako „pravděpodobně nejpozoruhodnější časoměřič, jaký kdy byl vyroben“. Po dokončení zkoušek na moři v zimě 1761–1762 bylo zjištěno, že je třikrát přesnější, než bylo potřeba k tomu, aby Harrison získal cenu Zeměpisná délka.

Elektrické hodiny

Jeden z raných elektromagnetických hodin Alexandra Baina ze 40. let 19. století

V roce 1815 plodný anglický vynálezce Francis Ronalds vyrobil předchůdce elektrických hodin , elektrostatických hodin. Byl napájen suchými hromadami , vysokonapěťovou baterií s extrémně dlouhou životností, ale nevýhodou jeho elektrických vlastností, které se lišily podle teploty vzduchu a vlhkosti . Experimentoval se způsoby regulace elektřiny a jeho vylepšená zařízení se ukázala jako spolehlivější.

V roce 1840 skotský výrobce hodin a nástrojů Alexander Bain poprvé použil elektřinu k udržení pohybu kyvadlových hodin, a tak mu lze připsat vynález elektrických hodin. 11. ledna 1841 si Bain a výrobce chronometru John Barwise vzali patent popisující hodiny s elektromagnetickým kyvadlem. Anglický vědec Charles Wheatstone , kterého Bain potkal v Londýně, aby prodiskutoval své nápady na elektrické hodiny, vytvořil v listopadu 1840 vlastní verzi hodin, ale Bain vyhrál právní bitvu, aby se etabloval jako vynálezce.

V roce 1857 francouzský fyzik Jules Lissajous ukázal, jak lze elektrický proud použít k neomezenému vibrování ladicí vidlice , a byl pravděpodobně prvním, kdo vynález použil jako metodu přesného měření frekvence. Tyto piezoelektrické vlastnosti krystalického křemene byla objevena francouzským fyzikem bratři Jacques a Pierre Curie v roce 1880.

Nejpřesnější kyvadlové hodiny byly ovládány elektricky. Shortt-Synchronome hodiny , elektrické řízený kyvadlové hodiny navržený v roce 1921, byl první hodiny bude přesnější časoměřič než samotné Země.

Posloupnost inovací a objevů vedla k vynálezu moderního křemenného časovače. Elektronka oscilátor byl vynalezen v roce 1912. Elektrický oscilátor byl poprvé použit k udržení pohybu ladičky britského fyzik William Eccles v roce 1919; jeho úspěch odstranil velkou část tlumení spojeného s mechanickými zařízeními a maximalizoval stabilitu frekvence vibrací. První oscilátor křemenných krystalů sestrojil americký inženýr Walter G. Cady v roce 1921 a v říjnu 1927 první křemenné hodiny popsali Joseph Horton a Warren Marrison v Bell Telephone Laboratories . V následujících desetiletích došlo k vývoji křemenných hodin jako přesných zařízení pro měření času v laboratorních podmínkách - objemná a jemná počítací elektronika postavená na vakuových trubičkách omezila jejich praktické využití jinde. V roce 1932 byly vyvinuty křemenné hodiny schopné měřit malé týdenní kolísání rychlosti rotace Země. Jejich inherentní fyzikální a chemická stabilita a přesnost vedla k následnému šíření a od čtyřicátých let 20. století tvoří základ pro přesné měření času a frekvence na celém světě.

Vývoj hodinek

(výše) Ilustrace vyvažovací pružiny Huygens připevněné k vyvažovacímu kolu ; (níže) Časné jarní bilanční hodinky od Tomáše Tompiona

První náramkové hodinky byly vyrobeny v 16. století. Alžběta I. Anglická provedla v roce 1572 soupis hodinek, které získala, přičemž všechny byly považovány za součást její sbírky šperků. První kapesní hodinky byly nepřesné, protože jejich velikost jim bránila v dostatečně dobře vyrobených pohyblivých částech. Neornamentované hodinky se začaly objevovat v c. 1625.

Ciferníky, které ukazovaly minuty a sekundy, se staly běžnými po zvýšení přesnosti, které umožnila balanční pružina (nebo hairspring). Vynalezeno samostatně v roce 1675 Huygensem a Hookem, umožnilo oscilacím vyvažovacího kola mít pevnou frekvenci . Vynález vyústil ve velký pokrok v přesnosti mechanických hodinek , přibližně od půl hodiny do několika minut denně. Nějaký spor stále přetrvává ohledně toho, zda balanční pružinu poprvé vynalezl Huygens nebo Hooke; oba vědci tvrdili, že s myšlenkou rovnovážného jara přišli jako první. Huygensův design pro vyvažovací pružinu je typ používaný prakticky ve všech hodinkách až do současnosti.

Thomas Tompion byl jedním z prvních hodinářů, kteří rozpoznali potenciál vyvažovací pružiny a úspěšně ji využili ve svých kapesních hodinkách; hodinky s vylepšenou přesností fungovaly stejně dobře, jako jsou dnes běžně používány, protože byly přidány do obličeje z druhé ruky , což je vývoj, který nastal v 90. letech 16. století. Soustředné minutová ručička byl časnější vynález, ale mechanismus byl navržený Quare, který umožnil ruce, které mají být ovládány společně. Nicolas Fatio de Duillier , švýcarský přírodní filozof , se zasloužil o návrh prvních šperkových ložisek v hodinkách v roce 1704.

Mezi další pozoruhodné anglické horology 18. století patří John Arnold a Thomas Earnshaw , kteří svou kariéru zasvětili konstrukci vysoce kvalitních chronometrů a takzvaných „palubních hodinek“, menších verzí chronometru, které bylo možné mít v kapse.

Vojenské použití hodinek

Hodinky se nosily během francouzsko-pruské války (1870–1871) a v době búrské války (1899–1902) byly hodinky uznány jako cenný nástroj. Rané modely byly v podstatě standardní kapesní hodinky připevněné na koženém řemínku, ale na počátku 20. století začali výrobci vyrábět účelové náramkové hodinky. V roce 1904 Alberto Santos-Dumont , raný letec , požádal svého přítele francouzského hodináře Louise Cartiera, aby navrhl hodinky, které by mohly být užitečné během jeho letů.

Během první světové války používali náramkové hodinky důstojníci dělostřelectva . Praktické byly takzvané příkopové hodinky nebo „náramky“, které uvolnily jednu ruku, která by normálně sloužila k ovládání kapesních hodinek, a staly se standardním vybavením. Požadavky zákopové války znamenaly, že vojáci potřebovali chránit sklíčko hodinek a někdy byl používán i stráž ve formě odklápěcí klece. Ochranný kryt byl navržen tak, aby umožňoval snadné čtení číslic, ale zakrýval ruce-problém, který byl vyřešen po zavedení plexiskla odolného proti rozbití ve třicátých letech minulého století. Před příchodem vojenského použití nosily náramkové hodinky obvykle pouze ženy, ale během první světové války se staly symboly mužnosti a statečnosti.

Moderní hodinky

Moderní náramkové hodinky: automatické hodinky Harwood (20. léta 20. století); Rolex Submariner hodinky (1950); astronaut Thomas P. Stafford v roce 1966, na sobě Speedmaster ; digitální křemenné náramkové hodinky ( c. 1970).

Hodinky Fob se začaly vyměňovat na přelomu 20. století. Švýcaři, kteří byli po celou první světovou válku neutrální, vyráběli náramkové hodinky pro obě strany konfliktu. Zavedení tanku ovlivnil design Cartier Tank hodinky a design hodinek v průběhu roce 1920 byl ovlivněn Art Deco stylu. Automatické hodinky , poprvé představen s omezeným úspěchem v 18. století, byla znovu zavedena v roce 1920 anglický hodinář John Harwood . Poté, co v roce 1929 zkrachoval, byla omezení automatických hodinek zrušena a společnosti jako Rolex je dokázaly vyrobit. V roce 1930 vyrobil Tissot vůbec první nemagnetické náramkové hodinky .

První hodinky na baterie byly vyvinuty v 50. letech minulého století. Hodinky vysoké kvality byly vyrobeny firmami, jako je Patek Philippe , příklad vyrobený v roce 1933, příkladem je referent Patek Philippe. 1518, možná nejkomplikovanější náramkové hodinky, jaké kdy byly vyrobeny z nerezové oceli , což v roce 2016 dosáhlo světové rekordní ceny, když bylo prodáno v aukci za 11 136 642 dolarů.

Ruční vinutí Speedmaster Professional nebo „Moonwatch“ nosil během prvního Spojených států výstup do vesmíru v rámci NASA ‚s Gemini 4 mise a byl první hodinky nošeny astronaut chůzi na Měsíci během Apollo 11 mise. V roce 1969 vyrobila Seiko první křemenné náramkové hodinky na světě, Astron .

V 60. letech 20. století umožnilo zavedení hodinek vyrobených pomocí tranzistorů a plastových dílů společnostem snížit pracovní sílu. V sedmdesátých letech mnoho z těch firem, které udržovaly složitější kovoobráběcí techniky, zkrachovalo.

Atomové hodiny

Atomové hodiny jsou dnes nejpřesnějšími časoměrnými zařízeními. Přesně během několika sekund po mnoho tisíc let se používají ke kalibraci jiných hodin a časoměrných přístrojů. Americký národní úřad pro standardy (NBS, nyní National Institute of Standards and Technology (NIST)) změnil v 60. letech způsob, jakým založil časový standard USA od křemene po atomové hodiny .

Louis Essen ( vpravo ) a Jack Parry stojící vedle prvních atomových hodin cesia-133 na světě

Myšlenku využití atomových přechodů k měření času poprvé navrhl britský vědec Lord Kelvin v roce 1879, ačkoli teprve ve 30. letech 20. století s rozvojem magnetické rezonance existovala praktická metoda pro měření času tímto způsobem. Prototyp zařízení na maskování čpavku byl postaven v roce 1948 v NIST. Ačkoli byly méně přesné než stávající křemenné hodiny, které v té době existovaly, sloužily k demonstraci konceptu.

První přesné atomové hodiny, cesiový standard založený na určitém přechodu atomu cesia-133 , sestrojil anglický fyzik Louis Essen v roce 1955 v National Physical Laboratory v Londýně. Byla kalibrována pomocí astronomického časového měřítka efemeridového času (ET).

V roce 1967 Mezinárodní systém jednotek (SI) standardizoval svou jednotku času, druhou, na vlastnosti cesia. SI definován druhý jako 9,192,631,770 cyklů radiace , která odpovídá přechodu mezi dvěma spinu elektronu energetickými hladinami základního stavu na ¹³³ atomu Cs. Atomové hodiny cesia udržované NIST mají přesnost 30 miliardtin sekundy za rok. Atomové hodiny využily další prvky, jako jsou vodík a páry rubidia , které nabízejí větší stabilitu (v případě vodíkových hodin) a menší velikost, nižší spotřebu energie, a tím i nižší náklady (v případě rubidiových hodin).

Viz také

Poznámky

Poznámky pod čarou

Reference

externí odkazy

• Kalkulačka vědy o relativitě - filozofická otázka: lze hodiny a čas oddělit?
• Ancient Discoveries Islamic Science Část 4 klip z historie Opakování islámských časoprostorových vynálezů (YouTube).