Historien om mekaniske ure

I det meste af middelalderen, fra ca. 500 til 1500 A.D., var teknologiske fremskridt i en virtuel stilstand i Europa. Solurstilarter udviklede sig, men de bevægede sig ikke langt fra gamle egyptiske principper.

Enkle solskin placeret over døråbninger blev brugt til at identificere middagstid og fire "tidevand" af den sollys dag i middelalderen. I det 10. århundrede blev der anvendt adskillige typer lomme-solurstykker - en engelsk model identificerede tidevand og kompenserede endda for sæsonbestemte ændringer i solens højde.

I det tidlige til midten af ​​det 14. århundrede begyndte store mekaniske ure at vises i tårnene i flere italienske byer. Der er ingen oversigt over nogen arbejdsmodeller, der gik forud for disse offentlige ure, der blev vægtdrevet og reguleret af randen og foliotrap. Randen-og-foliotekanismer regerede i mere end 300 år med variationer i formen af ​​folien, men alle havde det samme grundlæggende problem: perioden for oscillation var meget afhængig af mængden af ​​drivkraft og mængden af ​​friktion i drevet, så hastigheden var vanskelig at regulere.

En anden fremskridt var en opfindelse af Peter Henlein, en tysk låsesmed fra Nürnberg, engang mellem 1500 og 1510. Henlein skabte fjederdrevne ure. Udskiftning af de tunge drevvægte resulterede i mindre og mere bærbare ure og ure. Henlein tilkaldte sine ure "Nürnbergæg."

Selvom de bremsede efterhånden som hovedafkomet blev afviklet, var de populære blandt velhavende individer på grund af deres størrelse, og fordi de kunne placeres på en hylde eller et bord i stedet for at hænge på en mur. De var de første bærbare timepieces, men de havde kun timehænder. Minutehænder dukkede først op i 1670, og ure havde ingen glasbeskyttelse i løbet af dette tidsrum. Glas placeret over et urs ansigt kom først i det 17. århundrede. Stadig var Henleins fremskridt inden for design forløbere for virkelig nøjagtig tidskontrol.

Christian Huygens, en hollandsk videnskabsmand, lavede det første pendelur i 1656. Det blev reguleret af en mekanisme med en "naturlig" svingningsperiode. Selvom Galileo Galilei undertiden krediteres med at opfinde pendelen, og han studerede dens bevægelse allerede i 1582, hans design til et ur blev ikke bygget før hans død. Huygens 'pendulur havde en fejl på mindre end et minut om dagen, første gang en sådan nøjagtighed var opnået. Hans senere forbedringer reducerede urets fejl til mindre end 10 sekunder om dagen.

Huygens udviklede balancehjulet og fjederenheden en gang omkring 1675, og den findes stadig i nogle af dagens armbåndsure. Denne forbedring gjorde det muligt for ure fra det 17. århundrede at holde tiden til 10 minutter om dagen.

William Clement begyndte at bygge ure med det nye "anker" eller "rekyl" -udslip i London i 1671. Dette var en væsentlig forbedring i forhold til randen, fordi det blandede sig mindre med pendulens bevægelse.

I 1721 forbedrede George Graham pendulurets nøjagtighed til et sekund om dagen ved at kompensere for ændringer i pendulets længde på grund af temperaturvariationer. John Harrison, en tømrer og selvlært urmaker, forfinede Grahams temperaturkompensationsteknikker og tilføjede nye metoder til at reducere friktion. I 1761 havde han bygget et marinekronometer med fjederen og en balanceudgang, der havde vundet den britiske regerings præmie fra 1714 blev tilbudt til et middel til at bestemme længdegrad til inden for et halvt a grad. Det holdt tiden ombord på et rullende skib til cirka en femtedel af et sekund om dagen, næsten så godt som et pendulur kunne gøre på land, og 10 gange bedre end krævet.

I løbet af det næste århundrede førte forbedringer til Siegmund Rieflers ur med en næsten fri pendel i 1889. Det opnåede en nøjagtighed på hundrede af et sekund om dagen og blev standarden i mange astronomiske observatorier.

Et ægte fri-pendulprincip blev introduceret af R. J. Rudd omkring 1898, stimulere udviklingen af ​​flere frit-pendul ure. En af de mest berømte, W. H. Kort ur blev demonstreret i 1921. Shortt-uret erstattede næsten øjeblikkeligt Rieflers ur som en øverste tidholder i mange observatorier. Dette ur bestod af to pendler, den ene en slave og den anden en mester. Slavependelen gav mesterpendelen de blide skubber, den havde brug for, for at bevare dens bevægelse, og det kørte også urets hænder. Dette gjorde det muligt for masterpendelen at forblive fri for mekaniske opgaver, der ville forstyrre dens regelmæssighed.

Quartz krystalklokke erstattede Shortt-uret som standard i 1930'erne og 1940'erne, hvilket forbedrede timekeeping-ydeevnen langt ud over pendulens og balanceringshjulets undslip.

Kvartsurdrift er baseret på den piezoelektriske egenskab ved kvartskrystaller. Når et elektrisk felt påføres krystallen, ændrer det form. Det genererer et elektrisk felt, når det klemmes eller bøjes. Når det placeres i et passende elektronisk kredsløb, forårsager denne vekselvirkning mellem mekanisk spænding og elektrisk felt krystal til at vibrere og generere et elektrisk signal med konstant frekvens, der kan bruges til at betjene et elektronisk ur Skærm.
Kvarts krystalur var bedre, fordi de ikke havde nogen tandhjul eller undtagelser for at forstyrre deres regelmæssige frekvens. Alligevel var de afhængige af en mekanisk vibration, hvis frekvens kritisk var afhængig af krystalens størrelse og form. Ingen to krystaller kan være nøjagtigt ens med nøjagtig den samme frekvens. Kvartsur dominerer fortsat markedet i antal, fordi deres ydeevne er fremragende, og de er billige. Men tidtagning ydeevne af kvartsur er i alt væsentligt overgået af atomur.

Information og illustrationer leveret af National Institute of Standards and Technology og U.S. Department of Commerce.