Chronometr - John Harrison

  • Autor: Master Yoda
  • /
  • Dodano: 1.04.2017
  • /
  • Kategoria: Perspektywa historyczna
  • /

Chronometr – zegar cechujący się dużą dokładnością i odpornością na zmienne warunki pracy. Dawniej pojęcie to odnosiło się wyłącznie do zegarów mechanicznych; obecnie chronometrami bywają nazywane również inne systemy pomiaru czasu działające w oparciu o urządzenia elektroniczne i łączność radiową lub satelitarną.

Chronometr mechaniczny ( morski, wczesniej, w 1726 roku chronometr zbudował Anglik mieszkający we Francji, Henry Sully, jednak jego zegar sprawny na lądzie, nie nadawał się do użytku na pełnym morzu) został skonstruowany w 1759 przez angielskiego stolarza Johna Harrisona.

W nawigacji stosowane były chronometry mechaniczne z mechanizmem balansowym, o napędzie sprężynowym. Posiadają mocną obudowę, aby wytrzymywać działanie zmiennych warunków morskich.

Chronometry takie są umieszczane w drewnianych skrzynkach, a następnie zawiesza się je na specjalnym mocowaniu (łoże Cardana) w pozycji poziomej, aby nie dochodziło do błędów pomiarowych. Błąd wskazań chronometru – liczba sekund, o którą przyspiesza lub spóźnia się w czasie doby - nazywany jest dziennym ruchem lub chodem chronometru. Ustawiany jest najczęściej na czas Greenwich, a następnie nie przestawia się go na czas aktualny w miejscu położenia (czas strefowy), lecz różnice czasu z odpowiednim znakiem zapisuje się w dzienniku chronometru. Znajomość dokładnego czasu jest niezbędna przy stosowaniu astronawigacji.

W porównaniu z tradycyjnymi zegarami mechanicznymi, konstrukcja chronometru zawiera szereg nowych rozwiązań. Bęben o zmiennej średnicy, na który nawinięta jest sprężyna, kompensuje spadek siły naciągu towarzyszący odwijaniu sprężyny. Zastosowano też nowy rodzaj wychwytu i zamocowania balansu mniej wrażliwych na drgania z mechanizmem balansowym specjalnej konstrukcji (bimetaliczny włos balansu kompensujący zmiany temperatury- wykorzystanie zjawiska róznej rozszerzalności termicznej metali.

Obecnie wobec możliwości korzystania z dokładnych zegarów elektronicznych i radiowych sygnałów czasu oraz nowoczesnych systemów nawigacyjnych chronometry wyszły z powszechnego użycia. Stosowane są jednak nadal na okrętach jako rezerwowy czasomierz, nieczuły na działanie impulsu elektromagnetycznego.

John Harrison (ur. 24 marca 1693, zm. 24 marca 1776)

brytyjski cieśla i zegarmistrz samouk; zbudował pierwszy zegar ( chronometr), który mógł być używany na statkach.

Umożliwiło to rozwiązanie problemu określania długości geograficznej. Dzięki swej konstrukcji Harrison zdobył ustanowioną w 1714 roku przez ustawę Longitude Act, nagrodę parlamentu brytyjskiego w wysokości 20 000 funtów za rozwiązanie tego problemu.

(Ustawa powstała po największej katastrofie morskiej w Royal Navy podczas której 22 pażdziernika 1707 roku na archipelagu Scilly zatoneły cztery okręty z 1550 marynarzami-głowną przyczyną był brak możliwości nawigacji).

W trakcie swego życia opracował wiele rozwiązań, które w znaczący sposób poprawiły precyzję działania zegarów mechanicznych, m.in.:

  • wyeliminowanie błędów wynikających ze zmian długości wahadła w zegarach poprzez -zastosowanie połączonych na przemian prętów stalowych i mosiężnych;
  • koszyczkowe łożysko kulkowe,
  • zastosowanie bimetalu,
  • wykorzystanie odpowiednio opracowanych kamieni szlachetnych jako łożysk dla kół zębatych.

W roku 1728 zdecydował się na wyjazd do Londynu aby wziąć udział w konkursie na rozwiązanie problemu pomiaru długości geograficznej (Longitude Act). Dzięki pomocy Edmunda Halleya, królewskiego astronoma i członka komisji konkursowej poznał George Grahama zegarmistrza londyńskiego, który zachęcił go do pracy i pożyczył pieniądze. W roku 1735 ukończył budowę zegara nazwanego H-1 (ważył 34 kg, zajmował sześcienna szafę o krawędzi 1,2 m). Testy przeprowadzone w roku 1736, mimo że wykazały dokładność zegara wynoszącą kilka sekund na dobę, nie zadowoliły Harrisona, który przystąpił do konstruowania kolejnych zegarów:

  • H-2 – ukończony w 1741, ważył 39 kg ale był precyzyjniejszy niż H-1
  • H-3 – ukończony w 1758 - znacznie lżejszy – 27 kg
  • H-4 – ukończony w roku 1759, który dzięki zastosowaniu kamieni szlachetnych jako łożysk dla miniaturowych kół zębatych przypominał duży zegarek kieszonkowy (13 cm średnicy, waga 1,5 kg).

Zegar ten, pod koniec roku 1761, na pokładzie okrętu HMS „Deptford” wyruszył w rejs z Portsmouth do Kingston na Jamajce, którego celem było udowodnienie przydatności zegara do pomiaru długości geograficznej. Maksymalny błąd chronometru w czasie rejsu nie przekroczył 1 minuty i 15 sekund (przy marginesie błędu dopuszczonym przez Longitude Act w wysokości 2 minut – co odpowiadało połowie stopnia (30 minutom) długości geograficznej). Mimo takiego rezultatu na wniosek komisji Harrison otrzymał jedynie połowę nagrody (10 000 funtów). Dopiero po 4 latach i interwencji króla Jerzego III otrzymał w czerwcu 1773 roku drugą połowę.

(Wyprodukował dla króla zegarek H-5 który ten osobiście testował od lipca 1772 roku przez dziesięć tygodni -zegarek nie wykazywał wiekszych odchyłek niz +1/+3 s/24h, to było powodem osobistej interwencji króla w Parlamencie).

H1

H4

  

H5

Jednym z kontrowersyjnych stwierdzeń Harrisona pod koniec życia było to, ze jest wstanie wyprodukować zegarek wykazujący się dokładnością +/- 1s na....100 dni. Sam nigdy nie zbudował takiego zegara, ale zostawił projekt.

Miłośnik Harrisona, zegarmistrz Martin Burgess w 1975 roku na podstawie planów zbudował dwa zegary-nazwane 'A' i 'B'. Zegar 'A' został przekazany do Norwich, a niedokonczony 'B' przeleżał do 2009 roku-do czasu aż nabył go Donald Saff, który dokonczył konstrukcję i przekazał ją do badań w Morskim Muzeum Narodowym w Greenwich. Stwierdzono po pobieżnym badaniu że istnieje możliwość by zegar spełnił pierwotne załozenia konstruktora. Zegar poddano regulacji :)

Wreszcie, w okresie 100 dni od 6 stycznia do 17 kwietnia 2015 roku, zegar B został poddany próbie w Obserwatorium Królewskim. Po zakończeniu biegu zegar stracił tylko 5/8 sekundy, czyli projekt Harrisona był zaskakująco dokładny!

W rzeczywistości, jeśli ten zegar zostałby zbudowany w 1762 roku - w roku śmierci Harrisona i działał nieprzerwanie od tamtego czasu bez korekty, teraz (marzec 2017) wykazał by odchyłkę zaledwie -9 minut i 42 sekund ( 255 lat!!!). "Guinness World Records" ogłosiła zegar Martina Burgessa 'B' "najdokładniejszym zegarem mechanicznym z wahadłem, a sam Harrison podczas ankiety przeprowadzonej przez BBC uplasował się na 39 pozycji wśród 100 najwybitniejszych Brytyjczyków.