Mehaaniliste kellade ajalugu

Suuremal keskajal, umbes 500–1500 aastat tagasi, oli tehnoloogia areng Euroopas praktiliselt paigal. Päikesekella stiilid arenesid välja, kuid need ei liikunud kaugel Egiptuse iidsetest põhimõtetest.

Keskajal päikeselise päeva keskpäeva ja nelja "loode" tuvastamiseks kasutati ukseavade kohal asetatud lihtsaid päikesekellasid. 10. sajandiks oli kasutusel mitut tüüpi taskukellasid - üks ingliskeelne mudel tuvastas loodeid ja isegi kompenseeris päikese kõrguse hooajalisi muutusi.

14. sajandi alguses – keskpaigas hakkasid mitme Itaalia linna tornidesse ilmuma suured mehaanilised kellad. Puuduvad andmed nende avalike kellade eelnevate töötavate mudelite kohta, mis olid kaalujälgitavad ja mida reguleerisid ääre- ja foliootide põgenemised. Verge-folioot mehhanismid valitsesid rohkem kui 300 aastat, muutudes foliooti kuju, kuid kõigil oli sama põhiprobleem: võnkumine sõltus suuresti liikumapanevast jõust ja hõõrdejõust, nii et kiirust oli raske reguleerida.

Veel üks edasiminek oli Nürnbergi saksa lukksepa Peter Henleini leiutis millalgi vahemikus 1500–1510. Henlein lõi vedrujõul töötavaid kellasid. Raske veojõu asendamine tõi kaasa väiksemad ja kantavamad kellad. Henlein pani oma kellad hüüdnimeks "Nürnbergi munad".

Kuigi need aeglustusid kui peajõu kerimine, olid nad jõukate inimeste seas populaarsed oma suuruse tõttu ja seetõttu, et neid võis seina riputamise asemel panna riiulile või lauale. Need olid esimesed kaasaskantavad ajanäitajad, kuid neil olid vaid tundide käed. Minutilised käed ilmusid alles 1670. aastal ja kelladel polnud sel ajal klaasist kaitset. Vaatekella kohale asetatud klaas tekkis alles 17. sajandil. Sellegipoolest olid Henleini edusammud disainis tõeliselt täpse ajaarvestuse eelkäijad.

Esimese pendli kella tegi 1656. aastal Hollandi teadlane Christian Huygens. Seda reguleeris "loomuliku" võnkeperioodiga mehhanism. Kuigi Galileo Galilei mõnikord tunnustatakse pendli leiutamist ja ta uuris selle liikumist juba 1582. aastal, tema kellakujundust ei ehitatud enne tema surma. Huygeni pendli kella viga oli vähem kui üks minut päevas, esmakordselt oli selline täpsus saavutatud. Tema hilisemad täpsustused vähendasid ta kella vead vähem kui 10 sekundini päevas.

Huygens arendas tasakaaluratta ja vedruagregaadi välja umbes 1675. aasta paiku ja seda leidub veel mõnes tänapäeva käekellas. See täiustus võimaldas 17. sajandi kelladel hoida aega kuni 10 minutit päevas.

William Clement alustas kellade ehitamist uue "ankru" või "tagasilöögi" põgenemisega Belgias London aastal 1671. See oli märkimisväärne paranemine üle ääre, kuna see häiris pendli liikumist vähem.

Aastal 1721 parandas George Graham pendli kella täpsust ühe sekundini päevas, kompenseerides pendli pikkuse muutusi temperatuurimuutustest. Puusepp ja iseõppinud kellassepatöötaja John Harrison täpsustas Grahami temperatuuri kompenseerimise tehnikaid ja lisas uusi meetodeid hõõrdumise vähendamiseks. 1761. aastaks oli ta ehitanud merekroonomeetri koos vedru ja võitnud tasakaaluratta põgenemisega Suurbritannia valitsuse preemia 1714, mida pakuti pikkuse määramiseks kuni poole täpsusega kraadi. See hoidis veereva laeva pardal aega umbes viiendikuni sekundist päevas, peaaegu sama hästi kui pendlikell, mida maismaal teha võiks, ja kümme korda paremini kui nõutud.

Järgmise sajandi jooksul viisid täpsustused Siegmund Riefleri 1889. aastal peaaegu vaba pendli kellani. See saavutas sekundi täpsusega saja sekundi täpsusega päevas ja sai paljudes astronoomilistes vaatluskeskustes standardiks.

Tõelise vaba pendli põhimõtte tutvustas R. J. Rudd umbes 1898. aasta paiku, stimuleerides mitmete vabade pendlitega kellade väljatöötamist. Üks kuulsamaid, W. H Lühike kell, demonstreeriti 1921. aastal. Shortti kell asendas paljudes observatooriumides peaaegu kohe Riefleri kella kui kõrgeimat ajanäitajat. See kell koosnes kahest pendlist, millest üks oli ori ja teine ​​meister. Orja pendel andis meistri pendlile oma liikumise säilitamiseks vajalike õrnate vajutustega ning see ajas ka kella käed. See võimaldas kaptenpendel vaba mehhaanilistest ülesannetest, mis häiriksid selle korrapärasust.

Kvarts kristallkellad asendasid 1930ndatel ja 1940ndatel standardina Shortti kella, parandades ajaarvestuse jõudlust pendli ja tasakaaluratta põgenemisest kaugemale.

Kvartskella töö põhineb kvartskristallide piesoelektrilisel omadusel. Kui kristallile rakendatakse elektrivälja, muudab see selle kuju. See tekitab pigistamisel või painutamisel elektrivälja. Kui see paigutatakse sobivasse elektroonilisse vooluringisse, põhjustab see mehaanilise pinge ja elektrivälja vastastikmõju: kristall vibreerima ja tekitama konstantse sagedusega elektrisignaali, mida saab kasutada elektroonilise kella juhtimiseks väljapanek.
Kvartsist kristallkellad olid paremad, kuna neil polnud käiku ega pääsu, mis häiriks nende tavalist sagedust. Isegi siis toetusid nad mehaanilisele vibratsioonile, mille sagedus sõltus kriitiliselt kristalli suurusest ja kujust. Ükski kaks kristalli ei saa olla täpselt ühesugused täpselt sama sagedusega. Kvartskellad domineerivad turul jätkuvalt numbrite järgi, kuna nende jõudlus on suurepärane ja need on odavad. Kuid ajaarvestus kvartskellade jõudlust on aatomkellad märkimisväärselt ületanud.

Riikliku standardite ja tehnoloogia instituudi ja USA kaubandusosakonna esitatud teave ja illustratsioonid.