Hodiny

Na meranie času sa používajú hodiny najrôznejšej konštrukcie a vzhľadu. Ich vývoj siaha až do obdobia starovekých civilizácií. Pre astronómiu sú nenahraditeľným prístrojom. Prvými hodinami boli slnečné hodiny, ktoré  sa vyvinuli z gnómonu.

Pre ľudí žijúcich v dávnej minulosti bola dĺžka dňa a noci najkratšou známou prirodzenou periódou. Presnejšie členenie času sa objavilo okolo roku 4000 pred n.l., keď Egypťania deň rozdelili na hodiny. Prvé zariadenie na meranie času boli slnečné hodiny. Skladali sa z tyče zapichnutej do zeme tak, aby vrhali tieň na plochu stupnice ako pohyb tieňa vrhaného tyčou. Poloha tieňa na stupnici udávala čas. Ich najväčšou nevýhodou bolo to, že neukazovali čas v noci ako aj počas dní, keď bolo zamračené. Problém bol vyriešený až okolo roku 1450 pred n.l. vynájdením klepsydry – vodných hodín. Ich najjednoduchšia verzia pozostávala s nádoby so stupnicou vyznačenou na boku a s malou dierkou na dne. Voda naliata v nádobe postupne odkvapkávala dierkou na dne. Výška hladiny na stupnici udávala,   koľko času už ubehlo od okamihu naplnenia nádoby. Neskôr bola zdokonalená tak, že voda z jednej nádoby stekala do druhej nádoby, ktorá mala plavák a ten ukazoval na stupnici uplynutý čas. Alternatívou boli presýpacie hodiny. Zrnká piesku prepadávali z jednej nádobky do druhej cez úzke sklenené hrdlo. Čas, za ktorý všetky zrnká prepadli, bol stále rovnaký. Časový interval presýpacích hodín bol väčšinou polhodinový alebo hodinový. Ďalším typom hodín bola horiaca sviečka so zárezmi. Pri horení sa skracovala sviečka aj so zárezmi a podľa toho sa dalo rozpoznať, koľko hodín už uplynulo. Používanie týchto „sviečkových hodín“ bolo veľmi rozšírené i keď toto meranie času bolo veľmi nepresné. Rýchlosť horenia totiž ovplyvňovala kvalita  knôtu a vosku ako aj prievan.

Prvé mechanické hodiny boli vyrobené v Európe okolo roku 1275. Meno ich autora ako aj presný dátum výroby nepoznáme. Spočiatku pozostávali zo závažia na lanku, ktoré roztáčalo koleso. Tým sa celý mechanizmus uvádzal do pohybu. Každú hodinu udrel mechanizmus do zvonu. O niečo neskôr pribudol k tomuto mechanizmu aj ciferník s ručičkami, aby bolo možné čas kedykoľvek odčítať. Dôležitou časťou hodín je mechanizmus kroku. Skladá sa z krokového kolesa a kotvy. Úlohou krokového mechanizmu je zabezpečovať rovnomernú rýchlosť chodu prevodového mechanizmu hodín. Princíp kroku je v tom, že kotva svojimi pohybmi umožňuje krokovému kolesu, aby sa pri každom kmite kotvy pootočilo vždy len o jeden jediný zub.  Rýchlosť pootáčania krokového kolesa je daná frekvenciou kmitov oscilačného mechanizmu. Kmity oscilačného mechanizmu sú prevedené na kmitanie kotvy. Frekvencie nútených kmitov potom priamo určuje rýchlosť chodu prevodového mechanizmu hodín. Približne roku  1330 boli v Taliansku skonštruované hodiny, ktoré príslušným počtom úderov oznamovali každú hodinu. Roku 1475 vznikli prvé hodiny poháňané pružinou. Princíp tohto pohonu umožnil vznik hodín, ktoré sa dali prenášať. Táto možnosť bola u predchádzajúceho typu hodín poháňaných závažím nemysliteľná. Až do konca 15. storočia mali všetky hodiny len hodinovú ručičku. Čas v úseku sa medzi dvoma celými hodinami sa iba odhadoval. Väčšine ľudí v tej dobe takáto presnosť plne postačovala. Problematická bola iba skupina astronómov, ktorí potrebovali svoje pozorovania zaznamenávať oveľa presnejšie.  Objavili sa nové hodiny už aj s minútovou ručičkou, ba dokonca niekedy aj so sekundovou ručičkou. Roku 1580 objavil taliansky fyzik a astronóm Galileo Galilei (1564-1642), že kyvadlo kmitá s veľmi vysokou presnosťou. Roku 1641 nakresli plán hodín, ktorých chod bol riadený kyvadlom. Skonštruovať tieto hodiny mu zabránila smrť roku 1642. Skonštruoval ich až jeho syn  Vincenzio spoločne so zámočníkom Balestrim roku 1649. Kyvadlové hodiny zdokonalil v 50. rokoch 17. storočia holandský vedec Christian Huygens a jeho práca dokázala, že kyvadlo môže byť veľmi presným a spoľahlivým regulátorom chodu hodín. Denná chyba mechanických hodín mohla byť pomocou kyvadla znížená z niekoľkých minút iba na 10 sekúnd. Roku 1658 sa objavil ďalší druh  oscilačného mechanizmu. Bol založený na vlásku, čo je jemné zvinuté pero pripevnené k zotrvačke. Vynálezcom bol  Roberta Hooka. Pri pohyboch zotrvačky sem a tam sa vlások striedavo zvíja a rozvíja. Hlavnou výhodou zotrvačky nad kyvadlom je to, že pravidelnosť pohybov zotrvačky nie je príliš narušovaná ani pri prenášaní hodín. Tieto výhody umožnili výrobu menších a presnejších hodín ako i výrobu hodín prenosných. Okolo roku 1700 došlo v priestore Európy k výraznému nárastu obchodu. Ten bol sprevádzaný nárastom námorných ciest. Aby mohla byť plavba čo najrýchlejšia a najbezpečnejšia, potreboval navigátor poznať v každom okamihu presnú polohu lode. Najväčšie problémy pôsobilo zaisťovanie zemepisnej dĺžky. Na jej výpočet bolo treba, aby na palube boli hodiny, ktoré by ukazovali presný greenwichský čas. Nastal tak problém nájsť dostatočne presné hodiny, použiteľné aj pri plavbe po mori. Kyvadlové hodiny boli nevhodné, pretože pohyby lode narušovali pravidelnosť pohybov kyvadla. Ani hodiny riadené zotrvačkou neboli vhodné, pretože výrazné zmeny teploty podstatne ovplyvňovali vlastnosti vlásku a tým znižovali presnosť. Problém sa stal tak závažným, že roku 1714 ponúkla britská vláda odmenu 20000 libier tomu, kto nájde presnejší spôsob, ako zistiť zemepisnú šírku. Bola stanovená podmienka, že presnosť hodín musí byť taká, aby každý deň po dobu šiestich týždňov nepresiahla denná odchýlka 3 sekundy. Odmena bola vyplatená až roku 1762 a získal ju tesár John Harrison. Harrison zostrojil niekoľko modelov presných hodín určených pre navigáciu lodí –chronometrov. Odmenu získal až za svoj štvrtý model. Na skúšobnej ceste, ktorá trvala 156 dní, bola u tohto chronometra nameraná odchýlka iba 54 sekúnd. Harrison totiž vymyslel spôsob, ako dosiahnuť toho, aby teplotné zmeny automaticky kompenzovali zmenu dĺžky vlásku v dôsledku jeho tepelnej rozťažnosti tým, že zmení dĺžku vlásku, ktorá je účinná pri kmitaní zotrvačky.

V súčasnosti sa tiež ešte používajú mechanické hodiny, ale popularita elektrických a elektronických hodín neustále rastie. Pri elektrických  hodinách sú ručičky poháňané motorom, ktorého pohyby sú riadené privádzaním striedavého prúdu. Elektrický prúd privádzaný do motora pretečie hodinami 50 až 60 krát tam a späť. Takto sú riadené aj niektoré z digitálnych hodín, avšak s tým rozdielom, že čas je zobrazovaný pomocou svietiacich číslic. Elektronické hodiny obsahujú svoj vlastný oscilačný mechanizmus. Zvyčajne je tvorený kryštálom kremeňa. Elektrický prúd privedený na kryštál kremeňa vyvoláva kmitanie s takmer konštantnou frekvenciou. Kmitajúci kryštál vyvoláva vznik pravidelných impulzov elektrického prúdu. Tieto impulzy riadia buď zmeny číslic zobrazovaných na displeji, alebo pohyb mechanických ručičiek. Kryštálom riadené hodiny môžu dosahovať dennú odchýlku okolo 1/30 sekundy. Túto vysokú presnosť výrazne prekonávajú atómové hodiny. Využívajú kmity určitých druhov atómov, napríklad atómov cézia. Odchýlka takýchto hodín je zvyčajne 1 sekunda za 1000 rokov. Tieto hodiny sú používané buď k pokusom, ktoré vyžadujú presnosť merania času alebo k definovaniu času samotného: súčasná definícia vymedzuje 1 sekundu ako čas, za ktorú vykoná atóm cézia, pri splnení určitých predpísaných podmienok 9192631770 kmitov.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *