Zgodovina mehanskih ur

V večjem delu srednjega veka, od približno 500 do 1500 A., je bil v Evropi virtualni zastoj tehnološki napredek. Slogi sončne garniture so se razvijali, vendar se niso oddaljili od starodavnih egipčanskih načel.

Enostavne sončne garniture nad vrati so bile uporabljene za prepoznavanje poldneva in štirih "plimovanj" sončnega dne v srednjem veku. V 10. stoletju so uporabljali več vrst žepnih sončnih posadk - en angleški model je identificiral plimovanje in celo kompenziral sezonske spremembe sončne višine.

V zgodnjih do srede 14. stoletja so se v stolpih več italijanskih mest začele pojavljati velike mehanske ure. Ni nobenega delovnega modela pred temi javnimi urami, ki so bili uteženi in regulirani z robom in izvijanjem. Verge-and-foiot mehanizmi so kraljevali več kot 300 let z različnimi oblikami folija, vendar so vsi imeli enak osnovni problem: obdobje nihanje močno je bilo odvisno od količine pogonske sile in količine trenja v pogonu, zato je bilo hitrost težko regulirati.

Drug napredek je bil izum Petera Henleina, nemškega ključavničarja iz Nürnberga, nekje med 1500 in 1510. Henlein je ustvaril ure na pomlad. Zamenjava težkih pogonskih uteži je povzročila manjše in prenosnejše ure in ure. Henlein je ure imenoval "Nirnberška jajca".

Čeprav so se počasi upogibali kot glavnina, so bili priljubljeni med premožnimi posamezniki zaradi svoje velikosti in ker so jih lahko namesto obesili s stene na polico ali mizo. Bili so prvi prenosni urari, vendar so imeli le ure. Minute roke so se pojavile šele leta 1670 in ure v tem času niso imele zaščite za steklo. Steklo, nameščeno nad obrazom, je nastalo šele v 17. stoletju. Kljub temu je bil Henleinov napredek v oblikovanju predhodnik resnično natančnega časovnega spremljanja.

Christian Huygens, nizozemski znanstvenik, je leta 1656 izdelal prvo nihajno uro. Urejal ga je mehanizem z "naravnim" obdobjem nihanja. Čeprav Galileo Galilei včasih je zaslužen za to, da je nihalo izumil, njegovo gibanje pa je proučil že leta 1582, njegova zasnova za uro ni bila zgrajena pred smrtjo. Huygenska nihajna ura je imela napako manj kot eno minuto na dan, prvič ko je bila dosežena takšna natančnost. Njegove poznejše izboljšave so zmanjšale napake ure na manj kot 10 sekund na dan.

Huygens je razvil ravnovesje in vzmetni sklop nekje okoli leta 1675 in še vedno ga najdemo v nekaterih današnjih zapestnih urah. Ta izboljšava je omogočila, da so ure iz 17. stoletja imele čas do 10 minut na dan.

William Clement je začel graditi ure z novim "sidrom" ali "odmikom" pobega v London leta 1671. To je bilo bistveno izboljšanje roba, ker je manj motilo gibanje nihala.

Leta 1721 je George Graham izboljšal natančnost ure nihala na eno sekundo na dan, tako da je kompenziral spremembe dolžine nihala zaradi temperaturnih nihanj. John Harrison, mizar in samouk iz ure, je izpopolnil Grahamove kompenzacije temperature in dodal nove metode zmanjšanja trenja. Do leta 1761 je zgradil morski kronometer z vzmetjo in utežmi za uravnoteženje koles, ki je zmagal Nagrada britanske vlade za leto 1714 je ponudila sredstvo za določitev dolžine do polovice stopnjo. Čas na krovu ladje je ohranil približno petino sekunde na dan, skoraj toliko kot je nihalo ura na kopnem in 10-krat boljše, kot je bilo potrebno.

V naslednjem stoletju so izboljšave leta 1889 pripeljale uro Siegmunda Rieflerja s skoraj brezplačnim nihalom. Dosegla je natančnost stotinke sekunde na dan in postala standard v številnih astronomskih opazovalnicah.

Pravo načelo prostega nihala je uvedel R. J. Rudd okoli leta 1898, s čimer je spodbudil razvoj več ur z nihalom. Eden najbolj znanih, W. H. Kratka ura, je bila dokazana leta 1921. Ratoflerjeva ura je skoraj takoj nadomestila Rieflerjevo uro kot vrhovnega časovnika v številnih opazovalnicah. Ta ura je bila sestavljena iz dveh nihalov, enega je bil suženj, drugega pa gospodar. Slabo nihalo je glavno nihalo dalo nežno potiskanje, potrebno za vzdrževanje gibanja, poleg tega je poganjalo roke ure. To je omogočilo glavnemu nihalu, da ostane brez mehanskih nalog, ki bi motile njegovo pravilnost.

Kremen Kristalne ure so v tridesetih in štiridesetih letih prejšnjega stoletja nadomeščale Clotovo uro, kar je izboljšalo zmogljivosti merjenja časa, ki presegajo velikost nihala in uravnavanja koles.

Delovanje kvarčne ure temelji na piezoelektrični lastnosti kvarčnih kristalov. Ko na kristal nanesemo električno polje, spremeni svojo obliko. Pri stiskanju ali upogibanju ustvari električno polje. Če je nameščen v ustreznem elektronskem vezju, ta interakcija med mehanskim stresom in električnim poljem povzroči kristal za vibriranje in generiranje stalnega frekvenčnega električnega signala, ki ga lahko uporabimo za upravljanje elektronske ure prikaz.
Kremenčeve kristalne ure so bile boljše, saj niso imele prestav ali izklopov, ki bi motili njihovo redno frekvenco. Kljub temu so se opirali na mehansko vibracijo, katere frekvenca je bila kritično odvisna od velikosti in oblike kristala. Nobena dva kristala ne moreta biti natančno podobna s povsem enako frekvenco. Kvarčne ure še naprej prevladujejo na trgu po številu, saj so njihove zmogljivosti odlične in poceni. Toda merjenje časa delovanje kvarčnih ur je bistveno preseglo atomske ure.

Informacije in ilustracije, ki sta jih zagotovila Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo in ameriški ministrstvo za trgovino.