Faktai, straipsniai, foto, naujienos

Svarbiausias ir labiausiai paplitęs paprastas laiko matavimo prietaisas buvo saulės laikrodis – vienintelis iš išvardytų laikrodžių tipų, pagrįstas kasdieniu Saulės judėjimu. Senovės žmogus suprato ryšį tarp Saulės šešėlio nuo objektų ilgio ir padėties bei Saulės padėties danguje, todėl dabartinį laiką nustatydavo pagal Saulę. Pirmieji laikrodžiai buvo saulės prietaisai, skirti matuoti dabartinį laiką vienetais, mažesniais nei viena diena. Tiksli saulės laikrodžio, kuris originalia forma buvo obelisko – gnomono – formos, pasirodymo data nežinoma. Žinia apie juos kinų „Chiu-pi“ rankraštyje, datuotame maždaug 1100 m. pr. Kr., laikoma pačiu pirmuoju saulės laikrodžio paminėjimu. Saulės laikrodis naudojo nuolatinį periodinį Žemės sukimosi procesą.

Gnomonas, vertikalus obeliskas su skale, pritvirtinta prie žemės arba plokščio akmens – kadran, buvo pirmasis saulės laikrodis, kuris laiką matavo pagal metamo šešėlio ilgį. Tačiau saulės laikrodis veikė tik dieną ir giedru oru, kai švietė saulė, ir net tada nepakankamai tiksliai.
Saulės laikrodis Uždraustajame mieste, Pekine

Vandens laikrodžiai, ugnies laikrodžiai – žvakės su padalomis ir smėlio laikrodžiai galėjo veikti bet kuriuo paros metu ir bet kokiu oru. Jie užtikrino ± 15–20 minučių laiko matavimo tikslumą.

Klepsidra

Klepsidra – seniausias laikrodis. Indo su vandeniu dugne išgręžiama skylė, į kurią įkišamas mažo skersmens vamzdelis. Vanduo lėtai teka ja žemyn ir krenta į kitą indą, kurio sienelėse uždėtos padalos. Vandens lygis atlieka valandinės rodyklės vaidmenį. Kuo aukščiau jis kyla, tuo daugiau laiko „nutekėjo“.

Ktezibijaus vandens laikrodis. Ktesibijus (apie 2–1 a. pr. Kr.) – senovės graikų mechanikas iš Aleksandrijos išrado vandens plūdės laikrodį. Jis turi ciferblatą ir vieną rodyklę. Nuolatinė vandens srovė tekėjo į 3 metrų aukščio indą, kuriame kilo plūdė – figūrėlė su strėle – lazda rankoje. Lazdelė buvo nukreipta į ciferblatą, kuriame buvo galima skaičiuoti esamą laiką. Smėlio laikrodis yra paprasčiausias prietaisas laiko intervalams skaičiuoti. Jį sudaro du indai, sujungti siauru kakleliu, iš kurių vienas iš dalies pripildytas smėlio. Laikas, per kurį smėlis supilamas per kaklelį į kitą indą, gali svyruoti nuo kelių sekundžių iki kelių valandų.

Smėlio laikrodis

Žvakės buvo naudojamos kaip vadinamieji „ugniniai“ laikrodžiai, ant kurių tolygiai buvo uždedamos žymės. Atstumas tarp žymių tarnavo kaip laiko vienetas.

Bažnyčiai pirmiausia reikėjo patikimų laikrodžių, kad būtų galima patikslinti pamaldų laiką. Iš pradžių saulės laikrodžiai daugiau ar mažiau sėkmingai susidorojo su šia užduotimi; laikui bėgant juos pakeitė bokštiniai laikrodžiai su skambesiu.

Kitas laiko matavimo etapas, mechaninių bokštinių ratinių laikrodžių išradimas, priskiriamas vienuoliui Gerbertui iš Aurilako, kuris vėliau tapo popiežiumi Silvestru II (950–1003). Mechaniniuose laikrodžiuose buvo naudojamas nuolatinis periodinis švytuoklės virpesių procesas. Laikrodį varė svoris, kuris sukūrė nuolatinę traukos jėgą. Per ratinę pavarą svorį judino besisukantis svirtis. Tokių laikrodžių balansas neturėjo svyravimo periodo, todėl jie nebuvo labai tikslūs.

Ant tokių laikrodžių ciferblatų buvo tik viena rodyklė – valandinė rodyklė, ir šie laikrodžiai taip pat kas valandą mušė varpą (angliškas žodis „clock“ kilęs iš lotyniško „clocca“ – „varpas“). Vėliau prie valandinės rodyklės buvo pridėta sekundinė rodyklė – minutinė rodyklė. Laikrodis juda pagal laikrodžio rodyklę – iš kairės į dešinę – nes šia kryptimi juda saulės laikrodžio šešėlis. Tačiau yra laikrodžių, kurių rodyklės juda „prieš laikrodžio rodyklę“.

1288 m. jau buvo geležiniai Vestminsterio bokšto varpeliai.

Big Beno laikrodis Londone

(Big Benas – tai ne bokšto, o viduje skambančio 13 tonų varpo pavadinimas.) XIV amžiaus viduryje Europos miestuose buvo statomos miesto varpinės su laikrodžiais. Jų varpai mušė bažnyčios valandas, komercinių sandorių laiką ir amatininkų darbų laiką. Taip pat reikėjo žinoti laiką manufaktūrose, kur darbo rezultatas priklausė nuo tikslaus atskirų technologinių procesų trukmės laikymosi.

Mechaniniai ratiniai laikrodžiai patikimai veikė tik sausumoje; jie nebuvo tinkami kelionėms jūra.

1657 m. olandų mokslininkas Christiaan Huygens pagamino mechaninį laikrodį su švytuokle. Laikrodžio tikslumas žymiai padidėjo, tačiau tokio laikrodžio vis dar buvo neįmanoma transportuoti. 1670 m. buvo išrastas inkarinis mechanizmas, kuris užtikrino tolygų laikrodžio mechanizmo judėjimą.

Kompaktiški nešiojami mechaniniai chronometrai tapo įmanomi po to, kai Huygens 1675 m. išrado sukamąjį balansyrą ir vietoj svarelių panaudojo spyruoklę. Sukamojo švytuoklės, spiralinės spyruoklės ir inkarinio mechanizmo derinys atvėrė kelią masinės gamybos mažų laikrodžių, jūrinių chronometrų, kūrimui ir žymiai padidino astronominių stebėjimų tikslumą.

Tikslūs laikrodžiai – chronometrai – buvo būtini jūrų navigacijai. Juos 1735 m. pagamino anglas Johnas Harrisonas. Jų tikslumas buvo ± 5 sekundės per dieną, ir jie jau buvo gana tinkami kelionėms jūra. 1764 m. išradėjas padidino savo chronometro tikslumą iki ± 1 sekundės per dieną. Šiuo metu mechaninių laikrodžių galimybės buvo išsekusios.

Senoviniai mechaniniai kišeniniai laikrodžiai, pagaminti Moser

XIX amžiaus pradžioje pašto tarnybos susidūrė su laiko skaičiavimo problema, stengdamosi užtikrinti pašto vežimų judėjimą pagal grafiką. Todėl jos įsigijo laikrodžių, kuriuos galėjo nešiotis su savimi. O atsiradus geležinkeliams, laikrodžius gaudavo ir traukinių konduktoriai. Kuo aktyviau vystėsi transatlantinis susisiekimas, tuo svarbiau buvo užtikrinti laiko skaičiavimo vieningumą skirtingose ​​vandenyno pusėse. Šioje situacijoje mechaniniai laikrodžiai nebebuvo tinkami. Tada į pagalbą atėjo elektra. Elektriniai laikrodžiai išsprendė sinchronizavimo problemą dideliais atstumais – pirmiausia žemynuose, o vėliau tarp jų. 1851 m. Lamanšo sąsiaurio dugnu buvo nutiestas kabelis, 1860 m. – Viduržemio jūra, o 1865 m. – Atlanto vandenynas. Nuo 1899 m. tikslūs laiko signalai pradėti perduoti radijo ryšiu.

Elektrinius laikrodžius 1847 m. išrado anglas Aleksandras Bainas. Jie buvo pagrįsti kontaktu, kurį valdė elektromagneto siūbuojama švytuoklė. Svyravimus apibendrindavo elektromagnetinis skaitiklis, krumpliaračiu sujungtas su rodyklėmis ant ciferblato.

XX amžiaus pradžioje elektriniai laikrodžiai galutinai pakeitė mechaninius tikslaus laiko saugojimo ir perdavimo sistemose. Williamo Shortto laikrodis, įrengtas 1921 m. Edinburgo observatorijoje, buvo tiksliausias laikrodis, pagrįstas laisvomis elektromagnetinėmis švytuoklėmis. Jo tikslumas buvo 1 sekundė per metus.

Kvarciniai laikrodžiai

1918 m. buvo sukonstruotas pirmasis kvarcinis laikrodis. 1937 m. Grinvičo observatorijoje buvo įrengti Lewiso Esseno sukurti kvarciniai laikrodžiai; jų tikslumas buvo apie 2 ms per dieną. 1944 m. kvarcinių laikrodžių tikslumas padidėjo iki 0,1 ms/dieną.

XX a. antroje pusėje elektroniniai laikrodžiai pakeitė mechaninius. Jie pagrįsti stabilaus kvarco generatoriaus (rezonatoriaus) virpesių periodų skaičiavimu naudojant skaitiklius – daliklius ir rodmenų rodymu elektroniniame ekrane: elektroliuminescenciniame-vakuuminiame, LED arba skystųjų kristalų, naudojant dekoderius. Vietoj elektrinio kontakto jie naudojo tranzistorių, o kvarcinis rezonatorius atliko švytuoklės funkcijas.

Šiandien būtent kvarciniai rezonatoriai rankiniuose laikrodžiuose, asmeniniuose kompiuteriuose, skalbimo mašinose, automobiliuose ir mobiliuosiuose telefonuose formuoja laiką tikslumu, gerokai viršijančiu mechaninių laikrodžių tikslumą: mechaniniai laikrodžiai klysta sekunde per dieną, o buitiniai elektroniniai – sekunde per metus! Didelis tikslumas, pakankamas buitiniams prietaisams.

Yra televizorių laikrodžiai, radijo imtuvų laikrodžiai, telefonų laikrodžiai, GPS imtuvai, kompiuterių laikrodžiai, meteorologinių stočių laikrodžiai, kompasų laikrodžiai ir gylio matuoklių laikrodžiai.

1972 m. pasirodė pirmasis pasaulyje elektroninis laikrodis su skystųjų kristalų ekranu. XXI amžiaus pradžioje kasmet buvo pagaminama daugiau nei 1 milijardas laikrodžių mechanizmų. Dauguma pagamintų laikrodžių yra kvarciniai laikrodžiai su ciferblatu ir rodyklėmis. Tačiau laikrodžiai su skystųjų kristalų skaitmeniniu ekranu yra daug informatyvesni – jie rodo kalendorinę dieną, savaitės dieną, einamąjį mėnesį ir daug daugiau. Be to, skaitmeninių laikrodžių rodymo tikslumas yra didesnis nei rodyklių. Tačiau nepaisant to, grynai elektroninių laikrodžių su skystųjų kristalų skaitmeniniu laiko indikatoriumi dalis sudaro tik apie 10 % – per šimtus metų žmonės priprato prie laikrodžių su rodyklėmis.

Todėl dauguma elektroninių laikrodžių yra elektromechaniniai, su kvarciniu rezonatoriumi ir ciferblatu su judančiomis rodyklėmis. Juos varo miniatiūrinis žingsninis variklis. Pavarų sistema perduoda variklio sukimąsi rodyklėms. Elektroninių laikrodžių energijos šaltinis yra miniatiūrinės „laikrodžių“ baterijos, kurios veikia mažiausiai metus.

Buvo pagaminta tik 18 milijonų grynai mechaninių laikrodžių.

Atominiai laikrodžiai

Tačiau astronomijai ir kosminiams skrydžiams į tolimus pasaulius reikėjo daug didesnio tikslumo. 1949 m. buvo sukonstruotas pirmasis atominis laikrodis, kurio virpesių šaltinis buvo ne švytuoklė ar kvarco generatorius, o signalai, susiję su elektrono kvantiniu perėjimu tarp dviejų atomo energijos lygmenų. Ši elektromagnetinė banga, tai yra radijo emisijos fotonas, pasižymi labai dideliu energijos ir virpesių dažnio stabilumu. 1955 m. pasirodė pirmasis atominis laikrodis, pagrįstas cezio atomais; naudojami vandenilio ir rubidžio atomai.

Nuo atominių laikrodžių išradimo jų tikslumas vidutiniškai padidėjo perpus kas dvejus metus. Šis procesas tęsiasi ir šiandien.

1967 m. jie perėjo prie atominio laiko standarto.

XXI amžiuje internete pasirodė elektroninis Grinvičo laikas. 2001 m. sausio 1 d. Didžiosios Britanijos vyriausybė oficialiai paskelbė naują laiko standartą – Grinvičo elektroninį laiką (GET).

„Microsoft“ vadovas Billas Gatesas taip pat pristato naują technologiją asmeninei informacijai perduoti į rankinius laikrodžius: SPOT (Smart Personal Objects Technology) – laikrodžiai, priimantys tikslaus laiko radijo signalus FM diapazone, gali automatiškai koreguoti laiką pagal vietą.