Ceas - un dispozitiv pentru determinarea orei curente a zilei și măsurarea duratei intervalelor de timp în unități mai mici de o zi . Ceasurile atomice sunt considerate cele mai precise ceasuri .
Măsurând timpul cu un cadran solar, ele se bazează pe faptul că Soarele aruncă o umbră din obiecte, iar calea sa prin cer este aceeași în aceleași zile din diferiți ani. Folosind un cerc rânduit pentru a măsura timpul, în astronomie - standardul deținătorului (cadranul) și corecții pentru latitudinea zonei, puteți estima cât este ceasul. Cel mai vechi cadran solar descoperit este un marcaj de cadran solar găsit în Valea Regilor , un grup mare de morminte din Egipt. [unu]
Un ceas cu apă, numit și clepsidra , funcționează într-un mod similar cu o clepsidră [2] .
Alături de cadranul solar, ele sunt probabil cele mai vechi instrumente de măsurare a timpului, dacă nu ținem cont de bățul gnomon vertical pe lungimea umbrei căzătoare a căruia păstorii din vechime erau călăuziți în timp. Având în vedere antichitatea profundă a ceasului cu apă, unde și când au apărut pentru prima dată, știința nu știe. Fluxul în formă de bol este cea mai simplă formă de ceas cu apă și se știe că a existat în Babilon și Egipt în jurul secolului al XVI-lea î.Hr. În alte părți ale lumii, inclusiv India și China , există și semne antice ale ceasurilor cu apă, dar cele mai vechi date sunt mai puțin sigure. Unii autori scriu însă că în aceste zone existau ceasuri cu apă deja la începutul anului 4000 î.Hr. e.
Pentru civilizațiile antice grecești și romane , prioritatea este recunoscută în îmbunătățirea formei ceasului cu apă, care a primit un set complex de roți dințate , concepute pentru lucrul non-stop [3] și constând dintr-un mecanism bizar. Îmbunătățirile au contribuit, de asemenea, la îmbunătățirea preciziei. Aceste realizări au fost transmise prin Bizanț în lumea islamică și, în cele din urmă, s-au întors în Europa de Vest. Indiferent de lumea greco-romană, chinezii și-au dezvoltat propriul ceas cu apă sofisticat (水鐘) în 725, transmițându-și ideile în Coreea și Japonia .
Unele modele de ceasuri cu apă au fost dezvoltate independent, iar unele cunoștințe au fost transferate prin răspândirea comerțului. În societățile premoderne, nu era nevoie de metodele de cronometrare extrem de precise care există în societatea industrială actuală, unde fiecare oră de muncă sau odihnă este controlată și munca poate începe sau se poate termina în orice moment, indiferent de condițiile externe. În schimb, ceasurile cu apă în societățile antice erau folosite în primul rând pentru măsurători astrologice . Aceste ceasuri de apă timpurii au fost calibrate cu ceasuri solare . Neatingând niciodată nivelul de precizie al ceasurilor moderne, ceasurile cu apă au fost cele mai precise timp de câteva milenii și au fost utilizate pe scară largă ca dispozitive de cronometrare până când au fost înlocuite în Europa în secolul al XVII-lea de ceasurile cu pendul mai precise .
Civilizația islamică este creditată cu îmbunătățirea în continuare a preciziei ceasurilor cu apă, elaborate elaborat. În 797 (sau posibil 801), califul abbasid din Bagdad , Harun al-Rashid , i-a oferit lui Carol cel Mare un elefant indian pe nume Abu'l-Abbas , împreună cu un „specimen deosebit de complex” de ceas cu apă [4] .
În secolul al XIII-lea, Al-Jazari (1136-1206), un inginer kurd mesopotamian care a lucrat pentru domnitorul artuqid Diyar Bakr Nasir al-Din, a realizat numeroase ceasuri de toate formele și dimensiunile. Cartea descrie 50 de dispozitive mecanice în șase categorii, inclusiv ceasuri cu apă. Cele mai cunoscute ceasuri au inclus dispozitivele „Elephant”, „Scribe” și „Castle”, care au fost restaurate cu succes.
Acest ceas se bazează pe faptul că nisipul de râu calibrat cu precizie trece printr-o gaură îngustă de 1 grăunte de nisip la intervale regulate. În același timp, oamenii au ghicit rapid să folosească 2 cavități conectate printr-un istm îngust cu o gaură pentru turnarea nisipului . Jumătățile vasului de sticlă aveau forma unui bol și erau destinate măsurării unor perioade scurte de timp, dar aveau un dezavantaj: după turnarea nisipului din cavitatea superioară în cea inferioară, trebuiau răsturnate. Clepsidrele, cărora a fost necesar să se aplice un format personalizat și să se mențină acuratețea măsurătorilor pentru determinarea locației (de exemplu, în Marina Militară, clepsidrile au fost numite sticle ) nu au nici un folos în vremurile moderne.
Ceasurile de foc au apărut pentru prima dată în China. Ele constau dintr-o spirală sau un băț din material combustibil cu bile metalice suspendate. În timpul arderii materialului, bilele au căzut într-o vază de porțelan, producând un sunet.
Ulterior, în Europa a apărut un fel de ceas de foc. Aici s-au folosit lumânări, pe care semnele erau aplicate uniform. Distanța dintre semne a servit ca unitate de timp.
În orice ceas mecanic , trebuie distinse patru părți esențiale:
Un regulator servește ca un contor de timp în sensul restrâns al cuvântului. Roțile dințate, cadranele fixate de ele sunt contoarele de unități de timp măsurate de regulator. Recunoscând rotația zilnică a Pământului în jurul axei sale ca fiind strict uniformă, avem în ea singura scară pentru compararea intervalelor sau unităților de timp. De obicei, o secundă, 1/86400 parte dintr-o zi, este luată ca unitate de timp. Pentru o altă explicație a timpului, pentru zile siderale, medii, adevărate - vezi Timp .
Regulatoarele de ceas sunt aranjate astfel încât intervalele de timp măsurate de acestea să fie egale fie cu o secundă întreagă, fie cu jumătate, cu un sfert sau cu o cincime de secundă. Dacă din anumite motive regulatorul începe să măsoare intervale de timp mai mici, contorul va indica un număr mai mare de ele într-o anumită perioadă de timp. În acest caz, se spune că ceasul va merge înainte. Dacă intervalul regulatorului este mai mare decât cel specificat, ceasul rămâne în urmă. După ce am convenit asupra momentului inițial al zilei, cu alte cuvinte, asupra momentului în care contorul de ore ar trebui să arate zero unități de timp scurs, ajungem la conceptul de corecție a ceasului. Este pozitiv dacă ceasul este în urmă, negativ dacă este înainte. Modificarea corecției ceasului pentru o anumită perioadă de timp se numește cursul ceasului (de exemplu, curs zilnic, săptămânal, orar). Mișcarea este pozitivă dacă ceasul este în urmă, negativă dacă ceasul este înainte. Cursul exprimă exact abaterea intervalelor de timp măsurate de regulator de la unitatea acceptată. Corectarea ceasului este o valoare condiționată și, în plus, în orice moment prin simpla mișcare a acelui minutelor a contorului, corectarea ceasului se poate face în mai puțin de un minut.
Meritul unui ceas constă în micimea sa și, cel mai important, în constanța ritmului său. Cursul bunelor ceasuri și cronometre astronomice ar trebui, pe cât posibil, să fie independent de schimbările de temperatură, presiune, umiditatea aerului, șocuri accidentale, ștergerea axelor de mișcare, îngroșarea uleiului de lubrifiere, modificările moleculare în diferite părți ale mecanismului. , etc. Ceasurile astronomice sunt împărțite în două tipuri principale:
Mecanismele de ceas de primul tip sunt numite în astronomie „ceasuri” în sensul restrâns al cuvântului sau „pendule”. Sunt amplasate la observatoare cu instrumente astronomice permanente (vezi Astronomie practică ), fortificate pe stâlpi de piatră sau într-un zid; de multe ori un ceas este plasat în subsolul observatorului pentru a-l proteja cât mai mult de schimbările de temperatură (ceasuri „normale”). Subsolul este vizitat doar pentru a suna ceasul, deoarece chiar și căldura corpului îi poate afecta cursul. Citirile ceasului, adică „bătăile” pendulului (întotdeauna o secundă), sunt comparate cu alte ceasuri folosind un microfon instalat în subsol și conectat la telefon (această expresie, deși general acceptată, este complet greșită). Loviturile de „ticlătură” nu sunt produse de pendul (regulator) și mecanismul de evacuare). Cu instalarea și îngrijirea corespunzătoare, un ceas astronomic „permanent” ar trebui să aibă o rată zilnică de cel mult 0,3 s, iar schimbările sale zilnice nu trebuie să depășească o sutime de secundă.
Mecanismele ceasurilor de al doilea tip se numesc cronometre. Există cronometre „cantină” sau cutie (dimensiunile lor sunt de aproximativ 1½-2 decime în diametru, 1 decimă în înălțime; o simplă fluctuație a balanței durează ½ secundă) și cronometre de buzunar (dimensiunea este binecunoscută; o balanță dublă). leagănul durează 0,4 secunde, un singur leagăn durează 1/5 secundă ) . Calitatea cronometrelor de buzunar este, în medie, semnificativ mai scăzută decât cea a ceasurilor de cantină. Cronometrele sunt folosite la determinarea pozițiilor geografice ale locurilor, atunci când se lucrează cu instrumente astronomice portabile (vezi Astronomie practică ), la determinarea timpului și longitudinei pe mare etc. Cronometrele de masă de pe nave sunt plasate pe creșterea în greutate a lui Cardan. Ceasurile constante („pendulele”) sunt aproape exclusiv, iar cronometrele în cele mai multe cazuri sunt reglementate de secunde de timp sideral - așa-numitele. ceasuri și cronometre „stele”. Mai puțin utilizate sunt cronometrele „medie” (adică, rulează în timp mediu). Alegerea se datorează confortului observațiilor sau procesării lor pentru anumite sarcini ale astronomilor.
În ceasuri și cronometre, astronomii încă apreciază anumite, dar nu ascuțite și fără lovituri de zgomot inutile („ticul”). Ca cei mai buni maeștri ai ceasurilor sau cronometrelor astronomice ar trebui să-i numim pe Kessels , Peel , Dent , Thide , Howüh , Knoblich , Frodsham , Narden . Creatori ai celor mai „înalte” arte de ceas și mișcări de ceas: Pierre Leroy ( ing. Pierre Le Roy ), John Garrison , George Graham ( ing. George Graham ), Dutertre , John Arnold ( ing. John Arnold ), Ferdinand Berthoud ( ing. Ferdinand Berthoud ).
Un ceas mecanic (a fost folosit pentru înot)
Ceas digital mecanic (cu numere plutitoare)
Ceas de trăsura Matthew Norman cu cheie de înfășurare
Ceas de cămin decorat de William Gilbert
Walkers - un mic ceas de perete al unui dispozitiv simplificat cu greutăți [6] - o variantă a unui ceas mecanic cu pendul , escape de ancoră și greutăți ca motor. Ca pendul la unele modele, s-au folosit două „picioare”, mișcându-se în direcții opuse unul față de celălalt. Există o varietate cu luptă (un alt lanț cu o greutate detașabilă pentru luptă, care poate fi scos din lanț dacă se dorește și atârnat lângă un cârlig special - așa-numitul „mod fără luptă”).
Ceasuri cu dispozitive combinate cu mecanismul de ceasceas marionetă
„ Ceasul păunului ”
Ceas cocoș , cadran cu caractere japoneze
Ceas cu cuc - un ceas de perete într-o carcasă elegantă, cel mai adesea un ceas mecanic (ceas) cu o luptă care imită cântarea unui cuc . De obicei, se aud bipuri (de la unu la doisprezece) în fiecare oră, numărând ora curentă și adesea intercalate cu lovituri de gong („bum-cuc”). Mecanismul care imită cucul a fost dezvoltat la mijlocul secolului al XVIII-lea și a rămas practic neschimbat de atunci. Orașul german Triberg , situat în centrul regiunii Pădurea Neagră , este considerat a fi locul de naștere al ceasului cu cuc , cel puțin acolo este situat muzeul ceasului cu cuc [7] .
Un fel de ceas electronic-mecanic. Principiul de funcționare se bazează pe efectul piezoelectric , proprietatea cristalelor de cuarț , de exemplu, de a se deforma sub influența unui câmp electric extern și, de asemenea, de a polariza în timpul deformării mecanice. În același timp, un cristal de cuarț, având o dimensiune mică, poate genera oscilații cu stabilitate temporală și temperatură ridicată într-o măsură mult mai mare. Mecanismul unui ceas cu cuarț constă dintr-o sursă de alimentare, un generator electronic (în care cuarțul joacă rolul unui circuit oscilator), un contor divizor și o treaptă de ieșire a unui amplificator încărcat pe bobina unui motor pas cu pas, care antrenează acelui ceasului printr-un sistem de viteze .
Ceasurile de cuarț au fost introduse pe piață în 1971, dar astfel de ceasuri erau greu de fabricat și, prin urmare, foarte scumpe. [opt]
Un ceas bazat pe numărarea perioadelor de oscilații de la oscilatorul principal folosind un circuit electronic și afișarea informațiilor pe un afișaj digital.
Frecvența de oscilație a oscilatorului principal este stabilizată de cuarț (vezi „Ceas de cuarț”) sau sursa de alimentare este utilizată ca ea (vezi mai jos).
Primul ceas de mână electronică avea un afișaj cu LED, dar puteau arăta ora pentru un timp foarte scurt: LED-urile s-au dovedit a fi prea lacomi. Apoi au folosit proprietățile cristalelor lichide pentru a se orienta într-un câmp electric extern și a transmite lumina cu o singură direcție de polarizare. Fiind plasată între două polarizatoare, lumina dintr-o sursă externă a fost complet absorbită de sistemul polar-cristal lichid-polarizare-reflector, în prezența unui câmp electric s-a întunecat și a format un element de imagine. Ca urmare, consumul de energie a fost redus semnificativ, iar înlocuirea bateriei este mult mai puțin frecventă.
De regulă, un microcontroler specializat este încorporat în ceasurile electronice moderne, iar ceasul are multe funcții de service (ceasuri deșteptătoare, melodii, calendare etc.), dar microcontrolerul continuă și să numere perioadele de oscilație ale aceluiași cristal de cuarț.
Notă: Există și ceasuri electronice bazate pe principiul numărării perioadelor de frecvență a sursei de alimentare, în multe țări există cerințe foarte stricte pentru stabilitatea frecvenței, dar totuși, atunci când sarcina fluctuează, frecvența rețelei se poate schimba, iar precizia unor astfel de ceasuri nu poate[ de cine? ] să fie considerat normal, deși pentru mulți oameni este suficient.
O varietate de ceasuri electronice care afișează ora în cod binar este numită „ ceas binar ” (ing. Ceas binar ). LED-urile sunt utilizate în mod obișnuit pentru a afișa cifre binare . Numărul de grupuri de LED-uri poate varia, acestea pot diferi în dimensiune și locație. Unele LED-uri arată orele, altele arată minutele. Pot exista LED-uri responsabile pentru numărarea secundelor, a datei etc.
Ceasul digital arată ora acționând supapele de pe fântână
Radio cu ceas digital simplificat
Schema schematică a afișajului cu ceas cu flip digital mecanic
Ora din aceste zile este de obicei raportată de la recepția semnalelor radio ale orei exacte. Un ceas electronic sau de cuarț care își poate verifica progresul pe baza unui semnal de timp precis de la emisiuni sau posturi radio speciale care transmit DCF77 (DCF77 este indicativul de apel al unui transmițător de timp precis cu undă lungă), precum și (pentru obținerea unei precizii deosebite). timp) Sateliți GPS .
Ceasurile atomice (ceasuri moleculare, cuantice), care pot măsura timpul, în care oscilațiile naturale asociate proceselor care au loc la nivelul atomilor sau moleculelor sunt folosite ca proces periodic, au creat standarde de timp și frecvență atomice. [9]
Stabilitatea ceasurilor atomice nu este mai slabă de 10 −14 (1 secundă în 3 milioane de ani, pentru modele speciale 10 −17 ), iar aceasta este cea mai bună sursă de timp disponibilă pentru om pentru 2017. . Prin urmare, al doilea este determinat prin vibrațiile atomului de cesiu.
ceas cu alcool
ceas cu cadran inversat
Ore cu un cadran al lămpii cu descărcare în gaz
Rețelele de ceas sunt concepute pentru a oferi ora precisă unei game largi de abonați din orașe, întreprinderi etc. Ele constau dintr-un ceas primar și mai multe ceasuri secundare, precum și linii de comunicație. Rețeaua de ceas elimină „responsabilul pentru ceas”, iar dacă clădirea (școală, institut, fabrică) funcționează după un singur program, dă „ora oficială” la care începe/se termină lucrul, se notează întârzierile, se fac întâlniri. programat etc. Chiar dacă această oră nu este exactă, toți cei care lucrează sunt conștienți de câte minute se află ceasul „oficial” înaintea sau în urmă orei exacte.
Rețelele de ceasuri sunt utilizate pe scară largă pe căi ferate și metrouri, făcând posibilă coordonarea lucrărilor punctelor, stațiilor și depozitelor separate cu o precizie ridicată.
Ceasul primar (ceasul electroprimar) este conceput pentru a păstra cu precizie timpul și a-l transmite rețelei secundare de ceas.
Anterior, ele erau un ceas astronomic sau un cronometru, unde în locul acelui era un bloc electromecanic pentru generarea comenzilor pentru ceasul secundar, în cel mai simplu caz, acesta asigura închiderea circuitului electric o dată pe minut.
Acum, odată cu dezvoltarea electronicii și a telecomunicațiilor, un ceas electronic de înaltă precizie cu mai multe canale pentru introducerea corecțiilor (ora exactă a sistemului GPS , sincronizarea cu serverele de timp exacte ale Internetului ( NTP ) etc.)
Ceasurile secundare (ceasurile electrosecundare) sunt concepute pentru a afișa timpul în rețelele de ceas.
Anterior, acestea erau un mecanism în care acul minutelor se mișca cu ajutorul unui motor sincron sau pas cu pas din impulsuri de polaritate alternativă cu o tensiune de 24 de volți față de ceasul primar, acul orelor se deplasa printr-un mecanism de transmisie 1:12 [10]. ] . Existau și ceasuri secundare cu indicație digitală pe lămpi electrice sau indicatoare cu descărcare în gaz [10] .
La ora actuală - ceas independent de cuarț ieftin cu corecție de la ceasul primar, eventual și direct prin semnale radio ale orei exacte, în unele cazuri - GPS.
Ceasul cu intervale este conceput pentru a afișa intervalul de timp dintre trecerea trenurilor [10] .
Managementul precis al timpului pe Internet este organizat printr-un grup de servere de timp exacte asociate cu laboratoare care au standarde de timp . Toate sistemele de operare majore au, sau cel puțin se așteaptă să comunice cu unul dintre aceste servere. De asemenea, în momente diferite, au fost dezvoltate utilități terțe în cazul unor funcții de sincronizare nefuncționale/lipsă.
În Uniunea Sovietică , industria ceasurilor a început să se dezvolte la începutul anilor 50 (astfel, în 1953, a început construcția Uzinei de ceasuri din Minsk ); în anii 1980 s-a înființat producția de masă de ceasuri de uz personal (casnic).
Astăzi, în Rusia există mai multe mărci de ceasuri. Majoritatea nu mai produc propriile mișcări și asamblează ceasuri din piese importate. Singurele fabrici de ceasuri din țară care continuă să-și producă mișcările de la A la Z, inclusiv balanță și spirală - Fabrica de ceasuri Petrodvorets „Rocket” și Fabrica de ceasuri Chistopol .
ceas original
radio cu ceas digital
Ceas de pe fațada Beaux-Arts a Gare d'Orsay din Paris
Cadran solar simplu orizontal
Ceas cu apă pentru baterea foilor de aur în Mandalay ( Myanmar )
Ceas de ridicare din secolul al XVII-lea
Richard de Wallingford arată spre ceas, darul său pentru Catedrala St Albans
Ceasul din secolul al XVI-lea al Mănăstirii lui Hristos , Tomar, Portugalia
Ceas felinar, Germania, în jurul anului 1570
Polimat și ceasornicar olandez Christian Huygens , inventatorul primelor dispozitive de cronometrare de precizie ( ceasuri cu pendul și ceasuri cu arc elicoidal ) [14]
Ceas de buzunar deschis
Ceasul electromagnetic francez timpuriu
Mecanism de sonerie
Chei de diferite dimensiuni pentru bobinarea arcurilor ceasului
Acest ceas folosește energie electrică de 60 Hz și are un separator fizic pentru a afișa numerele de timp.
Ceasul Shepherd Gate a primit un semnal de sincronizare de la observator.
Ceas modern cu quartz cu cadran de 24 de ore
Ceas liniar la stația de metrou Piccadilly Circus din Londra . Intervalul de 24 de ore se deplasează pe harta statică în funcție de mișcarea aparentă a Soarelui asupra pământului, iar indicatorul de pe Londra indică ora curentă.
Software Word Clock
În multe orașe, în mod tradițional, ceasul public este afișat vizibil, cum ar fi în piața orașului sau în centrul orașului . Acestea sunt expuse în centrul orașului Robbins, Carolina de Nord .
Ceas de cămin Napoleon al III-lea din al treilea sfert al secolului al XIX-lea la Muzeul de Arte Frumoase din Valencia din Spania .
Ceas monumental cu pendul conic de Eugène Farcot , 1867 Universitatea Drexel, Philadelphia, SUA.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Dicționare și enciclopedii |
| |||
|
Ceas | |
---|---|
Conform principiului acţiunii | |
Prin programare | |
Tip |
|
Detalii și mecanisme de ceasuri | |
celebrul ceas |