Hronometar

Hronometar je sat dovoljno precizan da bi se koristio kao prenosivi „vremenski standard“ na vozilu, obično da bi određivao geografsku dužinu pomoću nebeske navigacije. U Švajcarskoj jedino satovi sa sertifikatom COSC (Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres — "Švajcarski institut za zvaničnu kontrolu hronometara") mogu koristiti ime 'hronometar'.

Istorija

Do sredine 18. veka, navigacija na moru bila je nerešiv problem zbog teškoća u izračunavanju geografske dužine. Navigatori su mogli da odrede geografsku širinu merenjem ugla sunca u podne. Međutim, da bi se odredila dužina bio im je potreban prenosivi vremenski standard koji bi radio na brodu. U principu, u podne bi se moglo uporediti vreme na hronometru da bi se odredila geografska dužina (danas se koriste navigacioni almanasi i trigonometrijske tabele uz pomoć kojih je moguće u svako vreme izmeriti položaj Sunca, Meseca, vidljivih planeta ili neke od 57 navigacionih zvezda na nebu).

Problem izrade ovakvog sata je bio težak. U to vreme, najbolji satovi bili su satovi s klatnom, ali je ljuljanje broda činilo klatno neupotrebljivim. Džon Harison, stolar iz Jorkšira, izmislio je sat koji je radio na principu opruge, čije pokretanje nije bilo podložno uticaju gravitacije ili kretanju broda. Prva njegova dva hronometra koristila su ovaj sistem, ali su bili preosetljivi na centrifugalnu silu da bi bili dovoljno precizni.

On je konačno rešio problem preciznosti svojim H4 hronometrom, džepnim satom prečnika 12 cm, i osvojio nagradu od 20.000 funti koju je ponudila engleska vlada početkom 18. veka. Njegov sat koristio je brzo-udarajući balanski točkić koji je kontrolisala spiralna opruga s kompenzacijom temperature. Ovaj princip ostao je u upotrebi do otkrića mikročipa, koji je snizio cenu kvarcnih satova tako da su elektronski hronometri ušli u opštu upotrebu.

Vlasnik je nacrt morskog hronometra predao Admiralitetu, koji je potražio proizvođače. Tomas Ernšo, Džon Arnold i drugi prionuli su na posao i uskoro izradili praktičan i jednostavan sat s uspinjačem opruge. Ova kombinacija je bila konačna tehnologija morskih hronometara do elektronske ere.

Aron Lafkin Denison bio je pionir u industrijskoj revoluciji satova sredinom 19. veka razvivši tzv. „Američki sistem proizvodnje satova“ u kompaniji za izradu satova Voltam, što je osnova današnjeg načina proizvodnje satova širom sveta. Američka kompanija Hamilton započela je masovnu proizvodnju hronometara za američku mornaricu za vreme Drugog svetskog rata.

Mehanički hronometri

Mehanički hronometar Movado Ermeto iz 1928.

Mehanički hronometar je merač vremena na oprugu, poput sata, ali su njegovi delovi masivnije građeni. Promene u elastičnosti balansne opruge izazvane varijacijama temperature kompenzuju se uređajima ugrađenim u nju.

Ključni problem bio je da se pronađe rezonator na koga neće uticati kretanje broda na moru. Balansirajući točkić je rešio ovaj problem. Balansirajući točkići koristili su bimetalne trake koje su podešavale period balansiranja točkića prema temperaturi hronometra. Solidni balansirajući točkići od niskoekspanzivne čelične legure kao što je „invar“ dali su dosta dobre rezultate, ali su bili osetljivi na magnetizam.

Drugi ključni problem bio je u tome što se energija opruga menjala s promenom temperature. Zato je izmišljena specijalna niskoekspanzivna legura nikla i čelika („elinvar“). Potom je balansnom točkiću trebalo dati specijalan kružni oblik. Način izrade je izgubljen zbog malog obima proizvodnje a prvobitni proizvođači (kao što je Hamilton) su napustili proizvodnju. Neki časovničari tvrde da karbonske opruge imaju zadovoljavajući kvalitet, a istovremeno nisu podložne magnetizmu.

Uspinjač pokreće balanski točkić, obično otpuštanjem zupčanika. To je bio najosetljiviji deo. Uspinjač ima dva položaja: kada stoji i kada je u pokretu. U stanju mirovanja, ništa se ne pokreće. Pokretanje balansnog točkića pokreće uspinjač i tako mu daje impuls u kratkom vremenskom ciklusu.

Uspinjač je deo sata koji se najviše troši jer se najbrže kreće. Efikasnost izrade uspinjača, to jest, kolika količina energije se pretvara u rezonantno kretanje, direktno utiče na preciznost sata i koliko će sat raditi između dva navijanja.

Uspinjač hronometra je obično dizajniran da minimalizuje energiju i vreme potrebno da se otključa uspinjač, tako da što je manje moguće utiče na rezonantnu frekvenciju oscilatora.

Drugi način efikasnije proizvodnje sata je korišćenje rubina kao držača osovina i delova uspinjača. Verovalo se da bi kuglični ležajevi mogli biti efikasni u satovima, ali su testovi pokazali da se ne ponašaju dovoljno dobro u uslovima neprestanog zastajkivanja i ponovnog pokretanja što je normalo za satove. Rubin ima dug vek trajanja, može se visoko polirati i ima mali koeficijent trenja s poliranim tvrdim čelikom. Danas se mogu jeftino proizvoditi i sintetički rubini, što ih čini najboljim materijalom za nosače. Eksperimentiše se i s keramičkim materijalima za proizvodnju delova hronometra.

Danas

Kvarcni i atomski satovi su učinili mehaničke hronometre zastarelim prema standardima koji se danas koriste u nauci i industriji, iako ih neki poznati proizvođači i dalje prave.

Sertifikovanih hronometri

I danas se u Švajcarskoj proizvede preko milion zvanično sertifikovanih hronometara, većinom mehaničkih ručnih satova s oprugom kao oscilatorom, koji prolaze detaljne testove COSC-a, od kojih je svaki zvanično identifikovan individualnim serijskim brojem. Prema COSC-u, zvanični sertifikovani hronometar je sat visoke preciznosti koji može da prikaže sekunde i da sadrži mehanizam koji je testiran tokom nekoliko dana, u različitim položajima i na različitim temperaturama, od strane zvaničnog neutralnog tela (COSC). Svaki pokret se pojedinačno testira nekoliko dana uzastopno, u pet položaja i na tri temperature. Svaki sat sa oznakom „sertifikovani hronometar ili zvanično sertifikovani hronometar“ sadrži sertifikovani mehanizam i odgovara kriterijumima ISO 3159 Instrumenti za merenje vremena — Ručni hronometri sa oscilatorom balansa sa oprugom.

Literatura

• Beckett, Edmund, A Rudimentary Treatise on Clocks, Watches and Bells, 1903, from Project Gutenberg
• Berner, G.A., Illustrated Professional Dictionary of Horology, Federation of the Swiss Watch Industry FH 1961–2012
• Daniels, George, Daniels, George (3. 5. 2011). Watchmaking. Bloomsbury USA. ISBN 9780856677045. CS1 održavanje: Format datuma (veza). London: Philip Wilson Publishers, 1981 (reprinted 15 June 2011)
• De Carle, Donald, (Illustrations by E. A. Ayres), Carle, Donald de (17. 9. 2008). Practical Watch Repairing (3rd izd.). Skyhorse Publishing. ISBN 978-1-60239-357-8. CS1 održavanje: Datum i godina (veza)CS1 održavanje: Format datuma (veza). New York : Skyhorse Pub.. . Significant information on watches, their history, and inner workings.
• Denn, Mark (2010). „The Tourbillon and How It Works [Applications of Control]”. IEEE Control Systems. 30 (3): 19—78. S2CID 24169789. doi:10.1109/MCS.2010.936291. .
• Grafton, Edward, Grafton, Edward (1849). Horology, a popular sketch of clock and watch making. London: Aylett and Jones. . 1849
• Cook A (2001). „Time and the Royal Society”. Notes and Records of the Royal Society of London. 55 (1): 9—27. S2CID 120948178. doi:10.1098/rsnr.2001.0123. 
• WA, Marrison (1948). „The Evolution of the quartz crystal clock”. Bell System Technical Journal. 27 (3): 510—588. doi:10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x. Arhivirano iz originala 2007-05-13. g. 
• Ramsey, Norman F (jun 2006). „History of early atomic clocks”. Metrologia (na jeziku: engleski). 42 (3): S1—S3. ISSN 0026-1394. S2CID 122631200. doi:10.1088/0026-1394/42/3/s01. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Achard, F. (2005), „James Clerk Maxwell, A treatise on electricity and magnetism, first edition (1873)”, Landmark Writings in Western Mathematics 1640–1940, Elsevier, str. 564—587, ISBN 9780444508713, doi:10.1016/b978-044450871-3/50125-x, Pristupljeno 20. 6. 2022 CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Milestones:First Atomic Clock, 1948”. ETHW (na jeziku: engleski). 14. 6. 2022. Pristupljeno 20. 6. 2022. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Rabi, I. I. (15. 4. 1937). „Space Quantization in a Gyrating Magnetic Field”. Physical Review. 51 (8): 652—654. Bibcode:1937PhRv...51..652R. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/physrev.51.652. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Rabi, I. I.; Zacharias, J. R.; Millman, S.; Kusch, P. (15. 2. 1938). „A New Method of Measuring Nuclear Magnetic Moment”. Physical Review. 53 (4): 318. Bibcode:1938PhRv...53..318R. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/physrev.53.318. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• M.A. Lombardi; T.P. Heavner; S.R. Jefferts (2007). „NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second” (PDF). Journal of Measurement Science. 2 (4): 74. Arhivirano (PDF) iz originala 12. 2. 2021. g. Pristupljeno 24. 10. 2009. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• D.B. Sullivan (2001). „Time and frequency measurement at NIST: The first 100 years” (PDF). 2001 IEEE International Frequency Control Symposium. NIST. str. 4—17. Arhivirano (PDF) iz originala 29. 12. 2019. g. Pristupljeno 1. 5. 2018. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Essen, L.; Parry, J. V. L. (1955). „An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Cæsium Resonator”. Nature. 176 (4476): 280—282. Bibcode:1955Natur.176..280E. S2CID 4191481. doi:10.1038/176280a0. 
• „60 years of the Atomic Clock”. National Physical Laboratory. Arhivirano iz originala 17. 10. 2017. g. Pristupljeno 17. 10. 2017. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Essen, L.; Parry, J. V. L. (1955). „An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Cæsium Resonator”. Nature. 176 (4476): 280. Bibcode:1955Natur.176..280E. S2CID 4191481. doi:10.1038/176280a0. 
• Ramsey, N.F. (septembar 1983). „History of Atomic Clocks”. Journal of Research of the National Bureau of Standards. 88 (5): 301—320. ISSN 0160-1741. PMC 6768155 . PMID 34566107. doi:10.6028/jres.088.015. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• „Paper 1.15: "Experiments with Separated Oscillatory Fields and Hydrogen Masers," (Nobel Lecture), N. F. Ramsey, Les Prix Nobel (1989, The Nobel Foundation) and Rev. Mod. Phys. 62, 541–552 (1990)”, Spectroscopy With Coherent Radiation, World Scientific Series in 20th Century Physics, WORLD SCIENTIFIC, 21, str. 115—127, jun 1998, ISBN 978-981-02-3250-4, doi:10.1142/9789812795717_0015, Pristupljeno 20. 6. 2022 CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Hellwig, Helmut; Evenson, Kenneth M.; Wineland, David J. (decembar 1978). „Time, frequency and physical measurement”. Physics Today. 31 (12): 23—30. Bibcode:1978PhT....31l..23H. ISSN 0031-9228. doi:10.1063/1.2994867. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Forman, Paul (1998). „Atomichron: The Atomic Clock from Concept to Commercial Product”. Arhivirano iz originala 21. 10. 2007. g. Pristupljeno 16. 2. 2022. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• Američki institut proizvođača satova
• Federacija švajcarske industrije satova
• American Watchmakers-Clockmakers Institute
• Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres - COSC
• Accuracy of wristwatches
• Observatory Chronometer Database (OCD)
• Chronometer certification
• American and Swiss Watchmaking in 1876 by Jacques David
• The Watch Factories of America Past and Present by Henry G. Abbott (1888)
• Federation of the Swiss Watch Industry FH
• UK patent GB218487, Improvements relating to wrist watches Архивирано на веб-сајту Wayback Machine (8. мај 2008), 1923 patent resulting from John Harwood's invention of a practical self-winding watch mechanism.