La storia degli orologi meccanici

Durante la maggior parte del Medioevo, tra il 500 e il 1500 d.C. circa, il progresso tecnologico era praticamente fermo in Europa. Gli stili delle meridiane si sono evoluti, ma non si sono allontanati dagli antichi principi egizi.

Le meridiane semplici poste sopra le porte sono state utilizzate per identificare il mezzogiorno e quattro "maree" della giornata illuminata dal sole nel Medioevo. Diversi tipi di meridiane tascabili erano in uso nel X secolo - un modello inglese ha identificato le maree e persino compensato i cambiamenti stagionali dell'altitudine del sole.

Dall'inizio alla metà del XIV secolo, iniziarono ad apparire grandi orologi meccanici nelle torri di diverse città italiane. Non vi è alcuna traccia di alcun modello funzionante che precede questi orologi pubblici che sono stati guidati dal peso e regolati da scappamenti di verge-and-foliot. I meccanismi di verge-and-foliot hanno regnato per oltre 300 anni con variazioni nella forma del foliot, ma tutti hanno avuto lo stesso problema di base: il periodo di

Un altro progresso fu un'invenzione di Peter Henlein, un fabbro tedesco di Norimberga, tra il 1500 e il 1510. Henlein ha creato orologi a molla. La sostituzione dei pesi di unità pesanti ha comportato orologi e orologi più piccoli e portatili. Henlein soprannominò i suoi orologi "Uova di Norimberga".

Sebbene rallentassero quando la molla principale si svolgeva, erano popolari tra gli individui ricchi a causa delle loro dimensioni e perché potevano essere collocati su uno scaffale o un tavolo invece che appesi a un muro. Erano i primi orologi portatili, ma avevano solo le lancette delle ore. Le lancette dei minuti non apparvero fino al 1670 e gli orologi non avevano protezione del vetro durante questo periodo. Il vetro collocato sul quadrante di un orologio non è avvenuto fino al 17 ° secolo. Tuttavia, i progressi di Henlein nel design sono stati i precursori di un cronometraggio veramente accurato.

Christian Huygens, uno scienziato olandese, realizzò il primo orologio a pendolo nel 1656. Era regolato da un meccanismo con un periodo "naturale" di oscillazione. Sebbene Galileo Galilei a volte gli viene attribuito il merito di aver inventato il pendolo e ne ha studiato il movimento già nel 1582, il suo design per un orologio non è stato costruito prima della sua morte. L'orologio a pendolo di Huygens aveva un errore di meno di un minuto al giorno, la prima volta che tale precisione era stata raggiunta. I suoi successivi perfezionamenti hanno ridotto gli errori dell'orologio a meno di 10 secondi al giorno.

Huygens ha sviluppato il bilanciere e l'assemblaggio della molla intorno al 1675 ed è ancora presente in alcuni degli orologi da polso di oggi. Questo miglioramento ha permesso agli orologi del 17 ° secolo di mantenere il tempo per 10 minuti al giorno.

William Clement iniziò a costruire orologi con il nuovo scappamento "ancoraggio" o "rinculo" Londra nel 1671. Questo è stato un sostanziale miglioramento rispetto al limite perché interferiva meno con il movimento del pendolo.

Nel 1721, George Graham migliorò l'accuratezza dell'orologio a pendolo a un secondo al giorno compensando i cambiamenti nella lunghezza del pendolo dovuti alle variazioni di temperatura. John Harrison, falegname e orologiaio autodidatta, ha perfezionato le tecniche di compensazione della temperatura di Graham e ha aggiunto nuovi metodi per ridurre l'attrito. Nel 1761, aveva costruito un cronometro marino con la molla e uno scappamento della ruota del bilanciere che aveva vinto il premio del governo britannico del 1714 offrì un mezzo per determinare la longitudine entro la metà grado. Teneva il tempo a bordo di una nave che rotolava per circa un quinto di secondo al giorno, quasi quanto un orologio a pendolo potesse fare a terra, e 10 volte meglio del necessario.

Nel corso del secolo successivo, le raffinatezze portarono all'orologio di Siegmund Riefler con un pendolo quasi libero nel 1889. Raggiunse un'accuratezza di un centesimo di secondo al giorno e divenne lo standard in molti osservatori astronomici.

Un vero principio del pendolo libero è stato introdotto da R. J. Rudd intorno al 1898, stimolando lo sviluppo di numerosi orologi a pendolo libero. Uno dei più famosi, il W. H. Orologio corto, fu dimostrato nel 1921. L'orologio Shortt sostituì quasi immediatamente l'orologio di Riefler come cronometrista supremo in molti osservatori. Questo orologio consisteva di due pendoli, uno uno schiavo e l'altro un maestro. Il pendolo schiavo diede al maestro pendolo le dolci spinte di cui aveva bisogno per mantenere il suo movimento, e guidava anche le lancette dell'orologio. Ciò ha permesso al pendolo principale di rimanere libero da compiti meccanici che ne avrebbero disturbato la regolarità.

Quarzo gli orologi in cristallo sostituirono l'orologio Shortt come standard negli anni '30 e '40, migliorando le prestazioni di cronometraggio ben oltre quelle degli scappamenti a pendolo e bilanciere.

Il funzionamento dell'orologio al quarzo si basa sulla proprietà piezoelettrica dei cristalli di quarzo. Quando un campo elettrico viene applicato al cristallo, cambia forma. Genera un campo elettrico quando viene schiacciato o piegato. Se collocato in un circuito elettronico adatto, questa interazione tra stress meccanico e campo elettrico provoca cristallo per vibrare e generare un segnale elettrico a frequenza costante che può essere utilizzato per azionare un orologio elettronico Schermo.
Gli orologi al quarzo erano migliori perché non avevano ingranaggi o scappamenti per disturbare la loro frequenza normale. Anche così, si basavano su una vibrazione meccanica la cui frequenza dipendeva in modo critico dalle dimensioni e dalla forma del cristallo. Nessun due cristalli possono essere esattamente uguali con esattamente la stessa frequenza. Gli orologi al quarzo continuano a dominare il mercato in numero perché le loro prestazioni sono eccellenti e sono economiche. Ma il cronometraggio le prestazioni degli orologi al quarzo sono state sostanzialmente superate dagli orologi atomici.

Informazioni e illustrazioni fornite dal National Institute of Standards and Technology e dal Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti.