היסטוריה של השעונים

במשך אלפי שנים נעשה שימוש במכשירים ומתקנים שונים למדידה, לתיעוד ולמעקב אחר הזמן. מערכת הזמן הנוכחית, בעלת הבסיס הסקסגסימלי (שבה הזמן מתחלק לשישים חלקים), מתוארכת ל-2000 לפנה"ס בערך, לתקופת השוּמרים.

המִצרים חילקו את היממה לשתי משמרות של 12 שעות, והשתמשו באובליסקים גדולים כדי לעקוב אחר תנועת השמש. הם גם פיתחו שעוני מים, שככל הנראה שימשו לראשונה בתחומה של אָמוּן, ובהמשך גם מחוץ למצרים; נעשה בהם שימוש לעיתים קרובות על ידי הפרסים והיוונים הקדמונים, שכינו אותם "קלפסידרה" (Clepsydrae). על פי ההערכה, באותה התקופה בערך, שושלת ג'ואו השתמשה בשעון המים, מכשיר שיובא ממסופוטמיה בשנת 2000 לפני הספירה.

אמצעי מעקב זמן עתיקים אחרים כוללים את שעון הנרות, ששימש בסין העתיקה ביפן העתיקה, באנגליה ובמסופוטמיה; מוט הזמן שנעשה בו שימוש נרחב בפרס, הודו וטיבט, כמו גם בחלקים מסוימים של אירופה; וגם שעון החול שתפקד באופן דומה לשעון מים; שעון השמש, שעון עתיק נוסף, שהסתמך על צללים כדי לספק הערכה סבירה לשעה ביום שמשי. הוא לא כל כך היה שימושי במזג אוויר מעונן או בלילה ודרש כיול מחדש כאשר העונות התחלפו (אם הגנומון לא היה מיושר עם ציר כדור הארץ).

השעון הקדום ביותר הידוע עם מנגנון מַחְגֵרִי המופעל על ידי מים, שהעביר אנרגיה סיבובית לתנועות לסירוגין מתוארך ל ביוון העתיקה; בהמשך, במאה העשירית, מהנדסים סינים המציאו שעונים הכוללים מנגנוני מַחְגֵר מכספית, ואחריהם במאה ה-11 מהנדסים ערבים המציאו שעוני מים המונעים על ידי הילוכים ומשקולות.

השעונים המכניים הראשונים, בהם השתמשו במנגנון מַחגֵּר-גלגל עם גלגל איזון, הומצאו באירופה בסביבות תחילת המאה ה-14, והפכו לשעונים סטנדרטיים עד שהומצא שעון המטוטלת בשנת 1656. המצאת שעוני הקפיץ בראשית המאה ה-15 אפשרה לבנות שעונים ניידים, שהתפתחו לשעוני הכיס הראשונים בתחילת המאה ה-17, אך אלה לא היו מדויקים במיוחד, עד שנוסף קפיץ האיזון לגלגל האיזון באמצע מאה זו.

שעון המטוטלת נותר שעון הזמן המדויק ביותר עד שנות ה-30 של המאה ה-20, אז הומצאו שעונים מבוססי מתנד גבישי (קוורץ), ואחריהם, לאחר מלחמת העולם השנייה, פותחו שעונים אטומיים. אף על פי שטכנולוגיית הקוורץ הוגבלה בתחילה למעבדות, התפתחות המיקרואלקטרוניקה בשנות ה-60 של המאה ה-20 הפכה את שעוני קוורץ לקומפקטיים וזולים לייצור, ובשנות השמונים הם הפכו לטכנולוגיית השעונים השולטת בעולם בשעונים הנייחים וגם בשעוני היד.

שעונים אטומיים מדויקים בהרבה מכל שעון אחר שקדם להם, ומשמשים לכיול שעונים אחרים ולחישוב הזמן האטומי הבינלאומי. מערכת אזרחית סטנדרטית, זמן אוניברסלי מתואם, מבוססת אף היא על הזמן האטומי הנ"ל.

שעונים של תרבויות עתיקות 

תרבויות קדומות רבות התבוננו וצפו בגופים אסטרונומיים, לרוב השמש והירח, כדי לקבוע זמנים, תאריכים ועונות. לוחות השנה הראשונים אולי נוצרו בתקופת הקרחונים האחרונה, על ידי ציידים-לקטים שהשתמשו בכלים כמו מקלות ועצמות כדי לעקוב אחר שלבי מופעי הירח או עונות השנה. מעגלי אבן, כמו סטונהנג' באנגליה, נבנו באזורים שונים בעולם, במיוחד באירופה הפרהיסטורית, ונחשבים למי ששימשו כשעונים לחיזוי אירועים עונתיים ושנתיים כמו נקודת השוויון או נקודת ההיפוך. מכיוון שהתרבויות המגלטיות הללו לא השאירו היסטוריה מתועדת, מעט ידוע על לוחות השנה או על שיטות הזמן שלהם. שיטות בעלות בסיס סקסגסימלי, שכיחות כיום בחברות המערביות והמזרחיות, מעידות לראשונה על לפני כמעט 4,000 שנים במסופוטמיה ובמצרים. המסואמריקנים עדכנו באופן דומה את מערכת החישוב בעלת הבסיס הוויגסימלי שלהם, כאשר התעסקו בלוחות שנה כדי ליצור שנה של 360 יום.

מצרים העתיקה 

שעון השמש העתיק ביותר הידוע לנו כיום הוא ממצרים, בערך משנת 1500 לפני הספירה (השושלת ה-19), והתגלה בעמק המלכים בשנת 2013. שעוני השמש מקורם בשעוני צל, שהיו המכשירים הראשונים ששימשו למעקב אחר חלקי היום. אובליסקים מצריים קדומים, שנבנו כ־3500 שנים לפני הספירה, הם גם בין שעוני הצל הקדומים ביותר.

שעוני צל מצריים חילקו את היום ל-12 חלקים כאשר כל חלק מחולק לחלקים מדויקים יותר. שעון צל אחד מסוגו כלל גוף ארוך עם חמישה סימנים משתנים ומשקוף מוגבה שהטיל צל על אותם סימנים. הוא הוצב מזרחה בבוקר כך שהשמש העולה הטילה צל על הסימנים, והופנה מערבה בצהריים כדי לתפוס את צללי אחר הצהריים. אובליסקים פעלו באותו אופן כמעט: הצל שהוטל על הסימנים סביבו איפשר למצרים לחשב את הזמן. האובליסק ציין גם אם מדובר בבוקר או אחר הצהריים, כמו גם את נקודות ההיפוך של הקיץ והחורף. שעון צל שלישי, שפותח ב-1500 לפני הספירה, היה דומה בצורתו לסרגל T בשעה שהוא כפוף. שעון זה מדד את חלוף הזמן על ידי הצל המוטל באמצעות המוט האופקי שלו על סרגל לא ליניארי. ה-T כּוּוְנָה מזרחה בבקרים, וסוּבבה בצהריים, כך שתוכל להטיל את צִלהּ בכיוון ההפוך.

למרות הדיוק, שעוני צל הסתמכו על השמש וכך היו חסרי תועלת בלילה ובמזג אוויר מעונן. המצרים פיתחו אפוא מספר מכשירי תזמון חלופיים, כולל שעוני מים, ומערכת למעקב אחר תנועות כוכבים. התיאור העתיק ביותר של שעון מים הוא מכתובת קבר של פקיד בית משפט מצרי במאה ה-16 לפני הספירה, שזיהה אותו כממציאו. היו כמה סוגים של שעוני מים, חלקם משוכללים יותר מאחרים. סוג אחד כלל קערה עם חורים קטנים בתחתיתה, שצפה על המים ואיפשרה להתמלא בקצב כמעט קבוע; סימונים בצד הקערה ציינו זמן שחלף, כאשר פני המים הגיעו אליהם. שעון המים העתיק ביותר הידוע נמצא בקברו של פרעה אמנחותפ הראשון (1525–1504 לפני הספירה), מה שמרמז כי הם שימשו לראשונה במצרים העתיקה. שיטה מצרית נוספת לקביעת השעה במהלך הלילה הייתה באמצעות מִשְׁקוֹלוֹת-אֲנָךְ המכונים מֶרקֶטוֹת (merkhets). בשימוש מאז 600 לפני הספירה לפחות, היו שני מכשירים אלה מיושרים עם כוכב הצפון, ליצירת מרידיאן מצפון-דרום. הזמן נמדד במדויק על ידי התבוננות בכוכבים מסוימים כשחצו את הקו שנוצר עם המרקטות.

יוון ורומא העתיקה 

שעוני מים, או קלפסידרה, שימשו לרוב ביוון העתיקה לאחר הצגתם על ידי אפלטון, שהמציא גם שעון מעורר על בסיס מים תיאור אחד של השעון המעורר של אפלטון מתאר זאת כתלות בהצפתה הלילית של כלי המכיל כדורי עופרת, שצפו בחבית בעלת צורה של עמוד. בחבית הייתה כמות הולכת וגוברת של מים, שסופקו על ידי מכל מים. בבוקר, המים שבכלי היו צפים מספיק גבוה כדי להטות אותה, וגורמים לכדורי העופרת להישפך על מגש נחושת. הרעש שהתקבל עורר אז את תלמידיו של אפלטון באקדמיה. אפשרות נוספת היא שהיא כללה שתי צנצנות, המחוברות באמצעות סיפון; מים התרוקנו עד שהגיעו לסיפון שהעביר את המים לצנצנת השנייה. שם, המים העולים ידחפו אוויר דרך משרוקית, שהשמיעו שריקה בתפקיד שעון מעורר. היוונים והכלדינים קיימו באופן קבוע רשומות של תזמון זמן כחלק חיוני מהתצפיות האסטרונומיות שלהם.

האסטרונום היווני, אנדרוניקוס מקירוס, פיקח על בניית מגדל הרוחות באתונה במאה הראשונה לפני הספירה.

במסורת היוונית, קלפסידרות היו בשימוש בבית משפט; מאוחר יותר אימצו הרומאים גם את הנוהג הזה. יש כמה אזכורים לכך ברשומות היסטוריות ובספרות של התקופה; לדוגמה, ב"תאורטוס" אומר אפלטון כי "האנשים האלה, לעומת זאת, תמיד מדברים בחיפזון, שכן המים הזורמים דוחקים אותם". אזכור נוסף מתרחש בחמור הזהב של לוציוס אפוליוס: "פקיד בית המשפט החל לצעוק שוב, והפעם זימן את העד הראשי להופעת התביעה. למעלה צעד זקן שלא הכרתי. הוא הוזמן לדבר כל עוד היו מים בשעון; זה היה כדור חלול אליו נשפכו מים דרך משפך בצוואר, וממנו נמלטו בהדרגה דרך ניקוב עדין בבסיס". השעון בדיווחו של אפוליוס היה אחד ממגוון סוגים של שעוני מים ששימשו בהיסטוריה. שעון נוסף כלל קערה עם חור במרכזה, שהוצפה על מים. הזמן חושב על ידי התבוננות בזמן שלקח לקערה להתמלא במים.

אף על פי שהקלפסידרה הייתה שימושית יותר משעוני שמש היות שניתן היה להשתמש בהם בתוך הבית, במהלך הלילה, וגם כשהשמיים היו מעוננים, בכל אופן הם לא היו מדויקים באותה מידה. לכן, היוונים חיפשו דרך לשפר את שעוני המים שלהם. למרות חוסר הדיוק לעומת שעוני השמש, שעוני המים היווניים הפכו ליותר מדויקים סביב 325 שנים לפני הספירה, והותאמו להם פנים עם מחוג של שעה, מה שעשה את קריאת השעון ליותר מדויקת ונוחה. אחת הבעיות השכיחות יותר ברוב סוגי הקלפסידרה נגרמה כתוצאה מלחץ מים: כאשר המכולה המחזיקה את המים הייתה מלאה, הלחץ המוגבר גרם למים לזרום במהירות רבה יותר. בעיה זו טופלה על ידי הורולוגים יוונים ורומאים החל משנת 100 לפני הספירה, והשיפורים המשיכו להתבצע במאות שלאחר מכן. כדי לנטרל את זרימת המים המוגברת, קיבלו מיכלי המים של השעון - בדרך כלל קערות או פכים - צורה חרוטית; ממוקמת עם הקצה הרחב למעלה, כמות גדולה יותר של מים הייתה צריכה לזרום החוצה כדי לרדת באותו מרחק כמו כשהמים היו נמוכים יותר בתוך הקונוס. לצד שיפור זה, נבנו שעונים בצורה אלגנטית יותר בתקופה זו, עם שעות המסומנות על ידי גונגים, דלתות הנפתחות לפסלונים זעירים, פעמונים או מנגנוני תנועה. עם זאת, היו כמה בעיות שנותרו, שמעולם לא נפתרו, כמו השפעת הטמפרטורה. מים זורמים לאט יותר כאשר הם קרים, ואפילו עלולים לקפוא.

בין 270 לפני הספירה ל-לאחר הספירה, הלניסטים (קטסיביוס, הרון מאלכסנדריה, ארכימדס) והורולוגים ואסטרונומים רומיים החלו לפתח שעוני מים ממוכנים משוכללים יותר. המורכבות הנוספת נועדה לווסת את הזרימה ולאפשר תצוגות מהודרות יותר של חלוף הזמן. לדוגמה, כמה שעוני מים צלצלו בפעמונים ובגונגים, בעוד שאחרים פתחו דלתות וחלונות כדי להציג צלמיות של אנשים, או להזיז מצביעים ומחוגים. חלקם אף הציגו מודלים אסטרולוגיים של היקום.

אף על פי שהיוונים והרומאים עשו רבות כדי לקדם את טכנולוגיית שעון המים, הם עדיין המשיכו להשתמש בשעוני צל. אומרים כי המתמטיקאי והאסטרונום תיאודוסיוס מביתניה, למשל, המציא שעון שמש אוניברסלי שהיה מדויק בכל מקום על פני כדור הארץ, אם כי מעט מאוד ידוע עליו. אחרים כתבו על שעון שמש במתמטיקה ובספרות של התקופה. מרקוס ויטרוביוס פוליו, הסופר הרומאי של "על אודות האדריכלות", כתב על המתמטיקה של גנומונים, או להבי שעוני השמש. בתקופת שלטונו של אוגוסטוס קיסר, בנו הרומאים את שעון השמש הגדול ביותר שנבנה אי פעם, סולריום אוגוסטי. הגנומון שלו היה אובליסק מבמצרים העתיקה. באופן דומה, האובליסק מקמפוס מרטיוס שימש כגנומון לשעון השמש של גלגל המזלות של אוגוסטוס. פליניוס הזקן תיעד כי שעון השמש הראשון ברומא הגיע בשנת 264 לפני הספירה, ונגנב מקאטניה שבסיציליה; לדבריו, זה הציג זמן שגוי עד לשימוש בציונים ובזווית המתאימה לקווי הרוחב של רומא - מאה שנה לאחר מכן.

פרס הקדומה ובימי הביניים 

לפי קליסטנש, הפרסים השתמשו בשעוני מים בשנת 328 לפני הספירה להבטיח חלוקה צודקת ומדויקת של מים מקאנט לבעלי מניותיהם להשקיה חקלאית. השימוש בשעוני מים באיראן, בעיקר בזאבד, מתוארך ל-500 לפני הספירה. מאוחר יותר הם שימשו גם כדי לקבוע את הימים הקדושים המדויקים של הדתות הטרום אסלאמית, כגון ה"נורוז", "צ'לה", או "ילדא" - היום או הלילה הקצרים ביותר, השווים או הארוכים ביותר של השנה. שעוני המים ששימשו באיראן היו אחד הכלים העתיקים המעשיים ביותר לתזמון לוח השנה.

שעוני מים, או "פנג'אאן", בפרס הגיעו לרמת דיוק בהשוואה לסטנדרטים של היום. הפנג'אן היה המכשיר המדויק והמשמש ביותר לנקודת זמן לחישוב הכמות או הזמן שעליו חקלאי לקחת מים מפוגארה או באר להשקיית שדהו, עד שהוחלף בשעון זרם מדויק יותר. שעוני מים פרסיים היו כלי מעשי ושימושי לבעלי מניות הפוגארה לחישוב משך הזמן בו יכלו להסיט מים לשדות שלהם. הפוגארה היה מקור המים היחיד לחקלאות והשקיה ולכן חלוקת מים צודקת והוגנת הייתה חשובה מאוד. לפיכך, אדם זקן הוגן וחכם מאוד נבחר להיות מנהל שעון המים, ולפחות שני מנהלים במשרה מלאה היו צריכים לשלוט ולצפות במספר הפנג'אנים ולהודיע על השעה המדויקת במהלך הימים והלילות.

הפנג'אן היה סיר גדול מלא מים וקערה עם חור קטן במרכז. כאשר הקערה הייתה מלאה במים, היא הייתה שוקעת בסיר, והמנהל היה מרוקן את הקערה ושוב מניח אותה על ראש המים בסיר. הוא היה מתעד את מספר הפעמים שהקערה שקעה על ידי הכנסת אבנים קטנות לצנצנת.

המקום בו נמצא השעון, ומנהליו, היו ידועים באופן קולקטיבי בשם "חאנה פנג'אן". בדרך כלל זו הקומה העליונה של בית ציבורי, עם חלונות הפונים מערבה ומזרח כדי להציג את זמן השקיעה והזריחה. היה גם כלי מעקב זמן נוסף בשם סטאריאב (Staryab) או אצטרולב, אך הוא שימש בעיקר למטרת אמונות טפלות ולא היה מעשי לשימושם של החקלאים. שעון המים של זאבד גונאבאד (אירן) היה בשימוש עד 1965, כאשר במקומו הוחלפו שעונים מודרניים.

סין בעת העתיקה ובימי הביניים 
ג'וזף נידהם, היסטוריון בעל שם בתחום המדע והטכנולוגיה בסין, העלה השערה כי ייבוא הקלפסידרה יצוא לסין, אולי ממסופוטמיה, התרחשה כבר באלף השני לפני הספירה, במהלך שושלת שאנג, ולכל המאוחר באלף הראשון לפני הספירה. עם תחילת שושלת האן, בשנת 202 לפני הספירה, הוחלפה בהדרגה קלפסידרה שפעלה בטכניקה של הוצאת מים (Outflow type) על ידי קלפסידרה שפעלה בטכניקה של הכנסת מים (Inflow type), ושאופיינה במוט אינדיקטור על ציפה. כדי לפצות על ראש הלחץ הנופל במאגר, אשר האט את קצב הזמן עם מילוי הכלי, הוסיף ג'אנג הנג (Zhang Heng) מיכל נוסף בין המאגר לכלי הזרימה. בסביבות 550 לספירה, יין גאי (Yin Gui) היה הראשון בסין שכתב על הצפה או על גובה קבוע של המכל שהתווסף לסדרה, ושתואר בהמשך בפירוט על ידי הממציא שן קואו. בסביבות שנת 610 נוצח עיצוב זה על ידי שני ממציאי שושלת סווי, ג'נג שון ויואן קאי, שהיו הראשונים לייצר את קלפסידרת האיזון, עם עמדות סטנדרטיות למאזני משקל.

המצאות של שעונים בתקופת ימי הביניים ובתקופה הפרה-מודרנית 
המונח 'שעון' מקיף קשת רחבה של מכשירים, החל משעוני היד ועד שעון לעשר אלף שנים. המילה "שעון" שהומצאה בעברית החדשה, נגזרת מהמילה שעה, בעוד המילה האנגלית "קלוק" (Clock) נובעת מהאנגלית התיכונה: "Clokke", מצפון-צרפתית ישנה: "Cloque", או מהולנדית התיכונה: "Clocke". בכל אופן, כל המשמעות מילים אלה היא "פעמון", ומקורן בלטינית של ימי הביניים: "קלוקה" (Clocca), שמשמעותה גם פעמון. אכן, פעמונים שימשו לסימון חלוף הזמן; הם סימנו את מעבר השעות בים ובמנזרים.

לאורך ההיסטוריה היו לשעונים מגוון מקורות הספק כוח, כולל שימוש בכוח משיכה, קפיצים וחשמל. שעונים מכניים הפכו נפוצים במאה ה-14, אז הם שימשו במנזרים של ימי הביניים כדי לשמור על לוח הזמנים של התפילות המוסדר. השעון המשיך להשתפר, כאשר שעון המטוטלת הראשון תוכנן ונבנה במאה ה-17.

שעוני נרות 

האזכור המוקדם ביותר של שעוני נרות מקורו בשיר סיני, שנכתב ב־520 לספירה על ידי יו ג'יאנפו. על פי השיר, הנר המדורג היה אמצעי לקביעת השעה בלילה. נרות דומים שימשו ביפן עד תחילת המאה העשירית.

שעון הנר הנזכר והנכתב ביותר מיוחס למלך אלפרד הגדול. זה כלל שישה נרות העשויים מכ-112 גרם, כל אחד באורך  ועובי אחיד, מסומן בכל אינץ' (2.54. ס"מ). כאשר נרות אלה בערו במשך כארבע שעות, כל סימן ייצג 20 דקות. לאחר הדלקתם, הנרות הונחו בקופסאות זכוכית ממוסגרות מעץ, כדי למנוע את כיבוי הלהבה.

שעוני הנרות המתוחכמים ביותר בזמנם היו אלה של אל-ג'זארי בשנת 1206. אחד משעוני הנר שלו כלל חוגה להצגת השעה, ובפעם הראשונה השתמש במַחְבֵּר שָׁגוּם, אביזר חיבור שעדיין בשימוש בעידן המודרני. דונלד רוטולדג' היל תיאר בכתביו את שעוני הנרות של אל-ג'זארי.

וריאציה נוספת של שעוני הנרות היו שעוני מנורת שמן. השעונים העתיקים הללו כללו מתקן זכוכית מדורג המחזיק שמן - בדרך כלל שמן לוויתן, שנשרף בצורה נקייה ושווה - וסיפק את הדלק למנורה המובנית. כאשר המפלס במתקן צנח, הוא סיפק מידה גסה לחלוף הזמן.

שעוני קטורת 
בנוסף לשעוני מים, שעונים מכניים ונרות, שעוני קטורת שימשו במזרח הרחוק ועוצבו בכמה צורות שונות. שעוני קטורת שימשו לראשונה בסין בסביבות המאה ה-6; ביפן עדיין קיים שעון מסוג זה בשוסוין, אם כי הכיתוב שלה אינן בסינית, אלא בדוונאגרית. בשל השימוש התכוף שלהם בכיתוב דוונאגרית, המרמז על השימוש בהם בטקסים בודהיסטים, ההיסטוריון האמריקני אדוארד שפר העלה השערה כי שעוני הקטורת הומצאו בהודו. אף על פי שהוא דומה לשעון הנר, שעון הקטורת בער באופן שווה וללא להבה; לכן הם היו מדויקים ובטוחים יותר לשימוש בתוך בתים.

נמצאו כמה סוגים של שעון קטורת, הצורות הנפוצות ביותר כוללות את מקל הקטורת וחותמת הקטורת (תיאור להלן). שעון מקל קטורת היה מקל קטורת עם כיול; רוב שעוני הקטורת היו משוכללים, לעיתים עם חוטים עם משקלות צמודים, במרווחים אחידים. המשקולות היו צונחות על מגש או גונג שמתחת, מה שמסמן שחלף זמן מסוים. מספר שעוני קטורת הוחזקו במגשים אלגנטיים בעלי תחתית סגורה; גם מגשים בעלי תחתית פתוחה היו בשימוש כדי לאפשר שימוש במשקולות יחד עם המגש הדקורטיבי. כן נעשה שימוש במקלות קטורת בניחוחות שונים, כך שהשעות סומנו על ידי שינוי ניחוח. מקלות הקטורת יכולים להיות ישרים או ספיראליים; הספירלות היו ארוכות יותר, ולכן נועדו לתקופות ארוכות של שימוש, ולעיתים קרובות היו תלויים בתקרות הבתים והמקדשים. ביפן, גיישה הייתה מתוגמלת עבור מספר "סונקודוקי" (Senkodokei) - מקלות קטורת, שצרכה בזמן הופעתה, נוהג שנמשך עד 1924.

שעוני חותם קטורת שימשו לסיבות ואירועים דומים כמו שעון המקל; בעוד שלמטרות דתיות היו שעונים אלה בעלי חשיבות עיקרית, שעונים אלה היו פופולריים גם במפגשים חברתיים, והם שימשו על ידי חוקרים ואינטלקטואלים סינים. החותם היה דיסק מעץ או אבן עם חריץ אחד או יותר שנחרצו בו ואשר לתוכו הונח קטורת. שעונים אלה היו נפוצים בסין אך יוצרו בכמויות קטנות גם ביפן. כדי לאותת על חלוף פרק זמן מסוים ניתן היה למקם על שבילי אבקת הקטורת חתיכות קטנות של יער ריחני, שרפים או קטורות ריחניות שונות. שעוני קטורת אבקתיים שונים השתמשו בפורמולות שונות של קטורת, כתלות באופן שבו הִנחו השעון. אורכו של שובל הקטורת, הקשור ישירות לגודל החותם, היה הגורם העיקרי לקביעת משך זמן השעון; כולם נשרפו לפרקי זמן ארוכים, שנעו בין 12 שעות לחודש.

בעוד חותמות קטורת מוקדמות היו עשויות עץ או אבן, הסינים הכניסו לתחום בהדרגה דיסקים עשויים מתכת, ככל הנראה החל משושלת סונג. עובדה זו אפשרה לבעלי המלאכה ליצור בקלות רבה יותר חותמות גדולות וקטנות, כמו גם לעצב ולקשט אותם בצורה אסתטית יותר. יתרון נוסף היה היכולת לגוון את שבילי החריצים, בהתאם לאורך הימים המשתנה בשנה. ככל ששעוני החותמות הללו היו קטנות יותר כך הן הפכו לזמינות יותר. הפופולריות של שעונים אלה צמחה בקרב הסינים, ולעיתים קרובות הוענקו במתנה. שעוני חותם קטורת מבוקשים לרוב אצל אספני שעון מודרניים; עם זאת, מעטים נותרו שטרם נרכשו או הוצגו בתצוגה במוזיאונים או במקדשים.

שעוני שמש 

שעוני שמש היו בשימוש למעקב זמן מאז מצרים העתיקה. מַחוגים קדומים היו מבוססים על מעקב אחרי נקודה של אור או צל, עם קווי שעה ישרים שהצביעו על שעות לא שוות - שנקראו גם שעות זמניות - שהיו שונות עם עונות השנה. כל יום חולק ל 12 קטעים שווים ללא קשר לזמן השנה; לפיכך, שעות היו קצרות יותר בחורף וארוכות יותר בקיץ. שעון השמש פותח בהמשך על ידי אסטרונומים מוסלמים. הרעיון להשתמש בשעות באורך שווה לאורך השנה היה חידושו של אבו אל-חסן אבן אל-שטיר בשנת 1371, בהתבסס על התפתחויות קודמות בתחום הטריגונומטריה שנעשו על ידי מוחמד בן ג'ביר אל חרראני אל-באטאני (Albategni). אבן אל-שטיר היה מודע לכך ש"שימוש בגנומון המקביל לציר כדור הארץ יניב שעוני שמש שקווי השעה שלהן מצביעות על שעות שוות בכל יום בשנה". שעון השמש שלו הוא שעון השמש העתיק ביותר עם ציר הקוטב שעדיין מתקיים. הרעיון הופיע בשעוני השמש המערביים החל משנת 1446.

לאחר קבלת המודל ההליוצנטרי והשעות השוות, כמו גם ההתקדמות בטריגונומטריה, הופיעו שעוני שמש בצורתם הנוכחית בתקופת הרנסאנס, כאשר נבנו בכמויות גדולות. בשנת 1524, האסטרונום הצרפתי אורונוס פינה בנה שעון שמש העשוי שנהב, אשר עדיין קיים; מאוחר יותר, בשנת 1570, פרסם האסטרונום האיטלקי ג'ובאני פדובאני מסה הכוללת הוראות לייצור ופריסת ציור קיר (אנכי) ושעוני שמש אופקיים. באופן דומה, ג'וזפה ביאנקאני (1620) כותב כיצד לבנות שעוני שמש.

שעון חול 
מכיוון ששעון החול היה אחת מהשיטות האמינות למעקב זמן בים, משערים שהוא שימש על סיפון אוניות כבר במאה ה-11, אז השלים את המצפן המגנטי ככלי עזר לניווט. עם זאת, העדויות המוקדמות ביותר, החד משמעיות, לשימושם מופיעות בציור "אלגוריה לממשל טוב", מאת אמברוגיו לורנצטי, משנת 1338. החל מהמאה ה-15 ואילך השתמשו בשעוני חול במגוון רחב של יישומים כגון בים, בכנסיות, בתעשייה ובבישול; הם היו השעונים העתיקים הראשונים המהימנים שנעשה בהם שימוש חוזר ללא מתכלים, מדויקים למדי, ונבנו בקלות. שעון החול קיבל משמעויות סמליות, כמו מוות, מזג, הזדמנות ואב הזמן, המיוצג בדרך כלל כאיש זקן ומזוקן הנווט הפורטוגזי פרדיננד מגלן השתמש ב-18 שעוני חול בכל אחת מהספינות במהלך מעקב העולם שלו בשנת 1522. אף על פי שהיה בשימוש גם בסין, ההיסטוריה של שעון החול שם אינה ידועה אך נראה כי לא נעשה בה שימוש בסין לפני אמצע המאה ה-16, ושעון החול מרמז על שימוש בניפוח זכוכית, דבר הנראה כאמנות אירופאית ומערבית לחלוטין.

שעונים עם הילוכים וגלגלי שיניים 
הדוגמה המוקדמת ביותר של שעון בעל גלגל שיניים המונע על ידי נוזלים תואר על ידי המהנדס היווני פילו מביזנטיון (במאה השלישית לפני הספירה) בעבודה שלו הנקראת "פנאומטיקה" (פרק 31) שם הוא קושר את מנגנון המכניקה של גלגל השיניים של האוטומטיזציה של כיור רחצה לאלה המופעלים בשעוני המים. שעון מוקדם נוסף שנעשה בו שימוש בגלגלי שיניים נבנה במהלך המאה ה-7 בצ'אנגאן, על ידי נזיר ומתמטיקאי טנטרי, יי שינג, ובכיר בממשל שם בשם ליאנג לינגזן. היה זה מכשיר אסטרונומי ששימש כשעון, הוא נדון ומתואר בטקסט בן זמנם.

מכיוון שהשעון של יי שינג היה שעון מים, הוא הושפע משינויי טמפרטורה. בעיה זו נפתרה בשנת 976 על ידי ג'אנג סיקסון על ידי החלפת המים בכספית, שנותרה נוזלית עד מינוס 39 מעלות צלזיוס. ג'אנג יישם את השינויים במגדל השעון שלו, שגובהו היה , ועשוי עם טכניקה של גלגלי שיניים כדי לשמור על שעון מסתובב ופעמונים המצלצלים בכל רבע שעה. שעון מיוחד נוסף הוא המנוע הקוסמי המשוכלל, שנבנה על ידי סו סונג, בשנת 1088. זה היה בערך בגודל של המגדל של ג'אנג, אך הייתה לו ספירה ארמילרית שהסתובבה אוטומטית - וכונתה בשם "כדור שמימי", ממנו ניתן היה להתבונן במנח הכוכבים. הוא כלל גם חמישה לוחות עם בובות מצלצלות על ידי גונג או פעמון, וכן טבלאות המציגות את השעה ביום וכן זמנים מיוחדים אחרים. יתרה מזאת, הוא כלל את שרשרת השיניים (בעלת יכולת העברה האין סופית של האנרגיה) הראשונה הידועה לנו בהורולוגיה. במקור נבנתה בבירת קאיפנג, ולאחר מכן הוא פורק על ידי צבא ג'ין ונשלח לבירת ינאג'ינג (כיום בייג'ינג), שם לא הצליחו לחבר אותה. כתוצאה מכך, ניתנה הוראה לבנו של סו סונג ששמו היה סו שי, לבנות העתק.

מגדלי השעון שנבנו על ידי ג'אנג סיקסון וסו סונג, במאות העשירית וה-11, בהתאמה, שילבו גם מנגנון שעון מַכֶּה, להשמעת השעות. שעון מכה מחוץ לסין היה שעון המים ע"ש ג'יירון, במסגד אומאי בדמשק, סוריה, שהכה אחת לשעה. הוא נבנה על ידי מוחמד אל-סעתי במאה ה -12, ותואר לאחר מכן על ידי בנו רידוואן בן אל-סעתי, בספרו על בניית שעונים והשימוש בהם (1203) בעת שיפוץ השעון. בשנת 1235 הושלמה בנייתו של שעון מעורר מונומנטלי קדום המונע במים ש"הודיע על שעות התפילה שנקבעו, ובאופן כללי את השעות גם ביום וגם בלילה" באולם הכניסה של המדרסה מוסטנסרייה בבגדאד.

שעון ההילוכים הראשון הומצא במאה ה-11 על ידי המהנדס הערבי אבן חלף אל-מוראדי באיבריה האיסלאמית; זה היה שעון מים שהפעיל מנגנון הילוכים מורכב, כולל הילוכים סגמנטליים וגם אפיציקליים, המסוגל להעביר מומנט כוח גבוה. השעון היה בלתי ניתן לתחרות בשימוש בהילוכים מורכבים ומתוחכמים, עד לשעונים המכניים של אמצע המאה ה-14. השעון של אל-מוראדי עשה שימוש גם בכספית בקישורים ההידראוליים, שיכלו לבצע אוטומטיזציה מכנית. עבודתו של אל-מוראדי הייתה ידועה בקרב חוקרים שעבדו תחת אלפונסו העשירי, מלך קסטיליה, לכן ייתכן שמנגנון זה שיחק תפקיד בהתפתחותם של השעונים המכניים האירופיים בהמשך. שעוני מים מונומנטליים אחרים שהוקמו על ידי מהנדסים מוסלמים מימי הביניים הפעילו גם רכבות הילוכים מורכבות ומערכות אוטומטיזציה שונות. כמו היוונים והסינים הקדומים, גם מהנדסים ערבים באותה תקופה פיתחו מנגנון גלגל שיניים מוּנע נוזלים שבו השתמשו בכמה משעוני המים שלהם. מצופים כבדים שימשו כמשקולות, ומערכת ראש קבועה שימשה כמכניקה של גלגלי שיניים, שהייתה נוכחת במערכות השליטה ההידראוליות בהן השתמשו כדי לגרום למצופים הכבדים לרדת בקצב איטי ויציב.

שעון כספית, המתואר ביצירה ספרדית משנת 1277 המורכב מתרגומים ופרפראזות של יצירות ערבית, מצוטט לעיתים כעדות על ידע של שעון מכני אצל המוסלמים. עם זאת, מתקן זה זה היה למעשה שעון מים גלילי בעל תאים, אותו בנה המחבר היהודי רבי יצחק, על פי עקרונות שתוארו על ידי פילוסוף בשם "איראן", המזוהה עם הרון מאלכסנדריה (מהמאה הראשונה לספירה), העוסקים בשאלה כיצד ניתן להרים חפצים כבדים.

מגדלי שעון 
מגדלי שעונים במערב אירופה בימי הביניים היו לפעמים שעונים מכים. השעון המקורי המפורסם ביותר שעומד עדיין הוא כנראה שעון סנט מארק על ראש המגדל שבכיכר סנט מארק בוונציה, שהורכב בשנת 1493 על ידי השען ג'יאן קרלו רייניירי (Gian Carlo Rainieri) מרג'ו אמיליה. 

בשנת 1497, סימון קמפנטו (Simone Campanato) עיצב את הפעמון הגדול שעליו מכה כל פרק זמן מוגדר על ידי שני פסלי ברונזה מכניים בגובה 2.60 מ', המכונים "Due Mori" ("שני מורים"), אשר אוחזים בפטיש ומכים בשעון. 

מגדל שעון מוקדם יותר (1490), הוא השעון האסטרונומי בפראג שנבנה על ידי המאסטר יאן רוש (נקרא גם Hanuš) - על פי מקור נוסף שעון זה הורכב כבר בשנת 1410 על ידי השען מיקולאש מקאדאס והמתמטיקאי יאן שינדל. המצעד האלגורי של הפסלים המונפשים מתבצע מדי שעה עגולה בכל יום (החל מהשעה 9:00 בבוקר ועד השעה 21:00).

שעונים אסטרונומיים 

במהלך המאה ה-11 בשושלת סונג, האסטרונום הסיני, ההורולוג והמהנדס המכונות סו סונג יצר שעון אסטרונומי מוּנע מים למגדל השעון שלו בעיר קאיפנג. הוא שילב מנגנון גלגל שיניים וכן שרשרת שיניים העתיקה ביותר הידועה לנו, שהניעו את הספירה הארמילרית.

אסטרונומים מוסלמים בני זמנו גם כן בנו מגוון שעונים אסטרונומיים מדויקים ביותר לשימוש במסגדים ובמצפי הכוכבים שלהם, כגון השעון האסטרונומי המונע על ידי אל-ג'זארי בשנת 1206, והשעון האסטרולבי מאת אבן אל-שטיר בראשית המאה ה-14. האסטרולבים קוצבי השעות המתוחכמים ביותר היו בעלי מנגנוני גלגלי שיניים שתוכננו ועוצבו על ידי אל-בירוני במאה ה-11 ועל ידי מוחמד אבן אבי בכר במאה ה-13. מכשירים אלה תפקדו כשעונים וגם כלוחות שנה.

שעון אסטרונומי מתוחכם המונע על ידי מים נבנה על ידי אל-ג'זארי בשנת 1206. שעון הטירה הזה היה מכשיר מורכב מאוד, בערך בגובה של , והיו לו פונקציות מרובות לצד מעקב אחר שעות. הוא כלל תצוגה של גלגל המזלות ושבילי השמש והירח, ומצביע בצורת מופע הירח שנע בראש שער, הועבר על ידי עגלה נסתרת וגרם לדלתות להיפתח, וכל אחת מהן חשפה בובה, כל שעה. ניתן היה לאפס את אורך היום והלילה על מנת להתאים לאורכי היום והלילה המשתנים לאורך השנה. שעון זה כלל גם מספר אוטומטים כולל בזים ומוזיקאים שניגנו אוטומטית מוזיקה כאשר נעו על ידי מנופים שהופעלו על ידי גל זיזים נסתר המחובר לגלגל מים.

השעונים המכניים ושעוני היד המוקדמים 

השענים האירופאים הקדומים ביותר היו נזירים קתולים. מוסדות דת מימי הביניים דרשו שעונים מכיוון שהם הסדירו באופן קפדני את לוחות הזמנים לתפילה ולעבודה, תוך שימוש בסוגים שונים של אמצעי כריזה ותיעוד זמן, כמו שעוני מים, שעון שמש ונרות מסומנים, ככל הנראה בשילובם של כל אלה. כאשר נכנסו לשימוש שעונים מכניים הם כוונו לעיתים קרובות לפחות פעמיים ביום כדי להבטיח דיוק מרבי. מנזרים שידרו זמנים ומִשכי זמן חשובים בעזרת פעמונים, שהונעו בעזרת ידי אדם או באמצעות מכשיר מכני, כגון נפילת משקולת או באמצעות פטיש מכה מסתובב.

אף על פי שכיתוב בית היתומים של פסיפיקוס, ארכידקון של ורונה, דיווח שהוא בנה שעון לילה (הורולוגיום נוקטורנום- horologium nocturnum) כבר בשנת 850, השעון שלו זוהה כגליל תצפית המשמש לאיתור כוכבים עם ספר מלווה של תצפיות אסטרונומיות, ולא שעון מכני או שעון מים. פרשנות זו נתמכת על ידי איורים מכתבי יד מימי הביניים.

הצרכים הדתיים והמיומנות הטכנית של הנזירים מימי הביניים היו גורמים מכריעים בהתפתחות שעונים, כפי שכותב ההיסטוריון תומאס וודס:

הנזירים כללו גם יצרני שעונים מיומנים ביניהם. השעון המתועד הראשון נבנה על ידי האפיפיור סילבסטר השני לעתיד לעיירה הגרמנית מגדבורג, בסביבות שנת 996. שעונים מתוחכמים הרבה יותר נבנו על ידי נזירים מאוחרים. פיטר לייטפוט, נזיר מגלסטונברי מהמאה ה-14, בנה את אחד השעונים העתיקים ביותר שעדיין קיימים, שמונח כעת במצב מצוין במוזיאון המדע של לונדון.

הופעתם של שעונים בכתבי המאה ה-11 מרמזת שהם היו מוכרים היטב באירופה באותה תקופה. בראשית המאה ה -14 התייחס המשורר הפלורנטיני דנטה אליגיירי לשעון בקומדיה האלוהית; ההתייחסות הספרותית הראשונה הידועה לשעון שהכה בכל שעה. ג'ובאני דה דונדי, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת פדובה, הציג את התיאור המפורט ביותר של עבודת השעון במסגרת מסתו משנת 1364. זה נתן השראה למספר העתקים מודרניים, שכמה מהם נמצאים במוזיאון המדע של לונדון ובמכון סמיתסוניאן. דוגמאות בולטות אחרות מתקופה זו נבנו במילאנו (1335), שטרסבורג (1354), לונד (1380), רואן (1389), ופראג (1462).

שעון הקתדרלה של סאליסבורי, משנת 1386 לערך, הוא אחד השעונים העובדים העתיקים ביותר בעולם, והוא עשוי להיות העתיק ביותר. הוא עדיין כולל את רוב חלקיו המקוריים, אין לו מחוג, שכן מטרתו הייתה להכות בפעמון בזמנים מדויקים. הגלגלים וההילוכים מותקנים במסגרת ברזל פתוחה מרובעת, דמוית קופסה, בגודל של כ. המסגרת מוחזקת באמצעות זיזי מתכת ויתדות. שתי אבנים גדולות, תלויות על גלגלות, מספקות את הכוח. עם ירידת המשקולות, חבלים מתרגלים מחביות העץ. חבית אחת נעה על הגלגל הראשי, שמווסת על ידי גלגל שיניים, והשנייה מניע את מנגנון ההכאה ואת בלם האוויר.

שעון מיוחד נוסף הוא שעון קתדרלת וולס של פיטר לייטפוט, שנבנה ב-1390. המחוג מייצג תצוגה גיאוצנטרית של היקום, כאשר השמש והירח מסתובבים סביב כדור הארץ הקבוע המרכזי. הוא ייחודי בכך שיש לו את הפנים המקוריות מימי הביניים, ומציג מודל פילוסופי של היקום הפרה - קופרניקאי. מעל השעון עומדת מערכת דמויות, שמכה בפעמונים, וסט של אבירים שמסתובבים במסלול כל 15 דקות. השעון הוסב למטוטלת וכן למַחְגֵר עוגן במאה ה-17, והותקן במוזיאון המדע של לונדון בשנת 1884, בו הוא ממשיך לפעול גם בימינו. שעונים אסטרונומיים דומים, או הורולוגים, שורדים באקסטר, אוטרי סנט מרי, ובווימבורן מינסטר.

שעון אחד שלא שרד הוא זה של מנזר סנט אלבנס, שנבנה על ידי אב המנזר המאה ה-14 ריצ'רד מוולינגפורד. ייתכן וזה נהרס במהלך פירוק המנזרים של הנרי השמיני, אך תוויו של המנזר על עיצובו אפשרו שחזור בקנה מידה מלא. בנוסף למעקב אחר זמן, השעון האסטרונומי יכול היה לחזות במדויק ליקויי ירח, וייתכן שהוא הראה את השמש, הירח, כוכבים וכוכבי לכת, כמו גם גלגל המזלות, ומצב הגאות והשפל בגשר לונדון. לדברי תומאס וודס, "שעון שהשווה אותו בתחכום טכנולוגי לא הופיע במשך לפחות מאתיים שנה". ג'ובאני דה דונדי היה עוד יצרן שעון מכני מוקדם שהשעון שלו לא שרד, אך עבודותיו שוכפלו על סמך העיצובים. השעון של דה דונדי היה קונסטרוקציה בעלת שבע פנים עם 107 חלקים נעים, המראים את עמדות השמש, הירח וחמישה כוכבי לכת, כמו גם ימי חג דתיים. בסביבות תקופה זו הוכנסו שעונים מכניים למנזרים וכנסיות לציון תקופות ואירועים חשובים, ובהדרגה החליפו את שעוני המים ששירתו לאותה מטרה.

במהלך ימי הביניים, שעונים שימשו בעיקר מטרות דתיות; השעונים הראשונים ששימשו מטרות חילוניות הופיעו סביב המאה ה-15. בדבלין הפכה המדידה הרשמית לזמן - למנהג מקומי, ובשנת 1466 עמד שעון ציבורי על ראש תולסל (בית המשפט העירוני וחדר המועצה). זה היה הראשון מסוגו שתועד בבירור באירלנד, והיה לו מחוג של שעה בלבד. השפע ההולך וגובר של טירות הביאה להחדרת שעוני הצריח. דוגמה שורדת משנת 1435 קיימת בטירת לידס; פני השעון מעוטרים בתמונות צליבת ישו, מרי וסנט ג'ורג'.

מחוגי שעון מוקדמים הראו שעות: הצגת דקות ושניות התפתחה מאוחר יותר. שעון עם מחוג דקות מוזכר בכתב יד מ -1475, ושעונים המציינים דקות ושניות היו בגרמניה במאה ה-15. חלקי שעון שהצביעו על דקות ושניות יוצרו מדי פעם מאותו זמן ואילך, אך הדבר לא היה נפוץ עד לעלייה ברמת הדיוק שהתאפשרה על ידי שעון המטוטלת, ובשעונים אחרים, על ידי קפיץ האיזון הספירלי. האסטרונום הדני בן המאה ה-16 טיכו ברהה השתמש בשעונים עם דקות ושניות כדי להתבונן בפוזיציות שונות של כוכבים.

המהנדס העות'מאני טאקי אל-דין תיאר שעון מונע משקל עם מנגנון גלגל שיניים ושרשרת, רכבת הילוכים מכה, שעון מעורר, וייצוג שלבי הירח בספרו "הכוכבים הבהירים ביותר לבניית שעונים מכניים" (Al-Kawākib al-Durriyya fī wadh al-Bankāmat al-Dawriyya), שנכתב בסביבות 1556.

שעון יד 

הקונספט של שעון היד חוזר לייצור השעונים הקדומים ביותר במאה ה-16. אליזבת הראשונה מאנגליה קיבלה שעון מִפְרָק יד מרוברט דאדלי בשנת 1571, שתואר כשעון יד. בתחילה, שעון היד נלבש כמעט אך ורק על ידי נשים, ואילו גברים השתמשו בשעוני כיס עד תחילת המאה העשרים. זה לא היה רק עניין של אופנה או דעות קדומות; שעונים של אז היו נוטים להתעכר מחשיפה ליסודות שונים (כמו חמצן), ויכולים היו להישמר היטב מפני פגיעה רק אם הוסתרו בכיס. כאשר הוצג הוסט כאופנה גברית בחצרו של צ'ארלס השני במאה ה-17, שעון הכיס נתחב לכיסו. הנסיך אלברט, בן הזוג של המלכה ויקטוריה, הציג את האביזר "רצועת אלברט", שנועדה לאבטח את שעון הכיס בבגד באמצעות קליפ. באמצע המאה התשע עשרה, רוב השענים ייצרו מגוון של שעוני יד, אשר לעיתים קרובות שווקו כצמידים, עבור נשים.

שעוני יד נענדו לראשונה על ידי אנשי צבא לקראת סוף המאה התשע עשרה, כאשר החשיבות של סנכרון תמרונים במהלך מלחמה מבלי לחשוף את התוכנית בפני האויב באמצעות איתות, הובנה יותר ויותר. היה ברור כי השימוש בשעוני כיס בחום הקרב או ברכיבה על סוס אינו מעשי, ולכן הקצינים החלו לחגור את השעונים לפרק כף היד שלהם. חברת גרסטין (Garstin) של לונדון רשמה פטנט על עיצוב 'שעון יד' בשנת 1893, אם כי ככל הנראה הם ייצרו עיצובים דומים משנות השמונים של המאה ה-19. ברור כי השוק של שעוני יד לגברים החל להתקיים באותה תקופה. קצינים בצבא הבריטי החלו להשתמש בשעוני יד במהלך קמפיינים צבאיים קולוניאליים בשנות השמונים של המאה העשרים, כמו במלחמת אנגלו-בורמה בשנת 1885.

במהלך מלחמת הבורים, חשיבותה של תיאום תנועות חיילים וסנכרון התקפות נגד המורדים הבוריים הניידים הייתה חשובה ביותר, והשימוש בשעוני היד הפך לאחר מכן לנפוץ בקרב אוכלוסיית הקצינים. החברה Mappin & Webb החלה לייצר לחיילים את 'שעון הקמפיין' המצליח שלהם במהלך קרב אומדורמאן בשנת 1898 והגדילה את הייצור בתקופת מלחמת הבורים כמה שנים אחר כך.

הדגמים המוקדמים הללו היו למעשה שעוני כיס סטנדרטיים המותאמים לרצועת עור, אך בראשית המאה העשרים החלו היצרנים לייצר שעוני יד מעוצבים במיוחד. החברה השווייצרית, Dimier Frères & Cie, רשמה פטנט בשנת 1903 על עיצוב שעוני יד עם הרצועות הסטנדרטיות כעת. בשנת 1904 ביקש אלברטו סנטוס דימון, טייס בתקופה המוקדמת, מחברו, שען צרפתי בשם לואי קרטייה, לתכנן שעון שיכול להועיל במהלך טיסותיו. הנס וילסדורף עבר ללונדון בשנת 1905 והקים עסק משלו עם גיסו אלפרד דייוויס, בשם "וילסדורף & דייוויס", וסיפקו חלקי שעון איכותיים במחירים סבירים, החברה הפכה לימים לרולקס. וילסדורף היה תחליף מוקדם לשעון היד, וחתם על חוזה עם חברת Aegler השווייצרית לייצור קו שעוני יד. שעון היד של רולקס משנת 1910 הפך לשעון הראשון מסוג זה שקיבל סרטיפיקציה ככרונומטר בשווייץ, ובהמשך אף זכה בפרס בשנת 1914 ממצפה הכוכבים "קיו" שבריצ'מונד, מערב לונדון.

ההשפעה של מלחמת העולם הראשונה שינתה באופן דרמטי את תפיסות הציבור על תקינות שעון היד של הגבר, ופתחה שוק המוני בעידן שלאחר המלחמה. טקטיקת הארטילריה של המטח הזוחל, שהתפתחה במהלך המלחמה, חייבה סנכרון מדויק בין תותחי התותחנים לחיל הרגלים המתקדמים מאחורי המטח. שעוני שירות שיוצרו במהלך המלחמה עוצבו במיוחד עבור הקשיחות של מלחמת חפירות, עם מחוגים זוהרים וזכוכית בלתי שבירה. שעוני היד נמצאו נחוצים באוויר באותה מידה כמו בשטח: טייסים צבאיים מצאו אותם נוחים יותר מאשר שעוני כיס מאותן הסיבות שהיו לסנטוס-דימון (ר' לעיל). משרד המלחמה הבריטי החל לספק שעוני יד ללוחמים משנת 1917.

החברה ויליאמסון בע"מ, שנוסדה בקובנטרי, הייתה בין הראשונות לנצל את ההזדמנות הזאת. במהלך האספה הכללית השנתית של החברה בשנת 1916 צוין כי "... הציבור קונה את הדברים המעשיים של החיים. איש לא יכול לטעון באמת כי השעון הוא מותרות. אומרים שחייל אחד מכל ארבעה עונד שעון שעוני יד, והשלושה האחרים מתכוונים להשיג אחד ברגע שהם יכולים." בסוף המלחמה, כמעט כל הגברים המגויסים ענדו שעון יד, ואחרי ששוחררו, האופנה התפשטה במהרה. כתב העת ההורולוגי הבריטי כתב בשנת 1917 כי"... שעון היד היה מעט בשימוש על ידי המין החזק יותר טרם המלחמה, אך כעת נראית על פרק כף היד של כמעט כל אדם במדים ושל גברים רבים בלבוש אזרחי."בתוך עשור מכירות שעוני היד עברו את מכירות שעוני הכיס.

שעון השוואתי 
בשלהי המאה ה-17 וה-18 נעשו שעונים השוואתיים, אשר אפשרו למשתמש לראות או לחשב את זמן השמש הנראה, כפי שמוצג על ידי שעון שמש. לפני המצאת שעון המטוטלת, שעון שמש היו השעון המדויק היחיד. כאשר שעונים איכותיים נעשו זמינים, הם נראו לא מדויקים לאנשים שהיו רגילים לסמוך על שעוני השמש. הווריאציה השנתית של משוואת הזמן גרמה לשעון להיות מהיר או איטי עד 15 דקות, יחסית לשעוני שמש, תלוי בזמן השנה. שעונים השוואתיים סיפקו את הביקוש לשעונים שתמיד התאימו לשעוני השמש. מספר סוגים של מנגנוני שעון השוואתי הומצאו, אותם ניתן לראות בדוגמאות ששרדו, בעיקר במוזיאונים.

העידן של השענות המדויקת

שעון מטוטלת 
החידושים לשעון המכני נמשכו במזעורו וזה הוביל לשעונים ביתיים במאה ה-15, ושעונים אישיים במאה ה-16. בשנת 1580,איש האשכולות האיטלקי גלילאו גליליי חקר את הנדנוד הקבוע של המטוטלת, וגילה שאפשר להשתמש בו לוויסות שעון. אף על פי שגלילאו בחן את המטוטלת כבר בשנת 1582, הוא מעולם לא בנה שעון המבוסס על אותו עיצוב. שעון המטוטלת הראשון תוכנן ונבנה על ידי המדען ההולנדי כריסטיאן הויגנס, בשנת 1656. הגרסאות המוקדמות שגו בפחות מדקה ביום, ומאוחר יותר רק ב-10 שניות, גרסאות אלה נחשבו מדויקות מאוד יחסית לזמן שלהן.

באנגליה נעשה ייצור של שעוני מטוטלת עד מהרה. שעון הארון הארוך (הידוע גם בכינויו שעון הסבא) נוצר לראשונה כדי לשכן את המטוטלת ויצירותיו של השען האנגלי ויליאם קלמנט בשנת 1670 או 1671; הדבר הפך בר-ביצוע לאחר שקלמנט המציא את מנגנון מַחְגֵר עוגן בשנת 1670 לערך. לפני כן שעוני המטוטלת השתמשו במנגנון מַחגֵּר גלגל הישן, שהצריך נדנדות מטוטלות רחבות מאוד של כ-100°. כדי להימנע מהצורך במתקן גדול מאוד, לרוב השעונים המשתמשים במַחגֵּר גלגל היה מטוטלת קצרה. עם זאת, מנגנון העיגון הקטין את התנופה הנדרשת של המטוטלת בין 4° ל-6°, ואיפשר ליצרני השעון להשתמש במטוטלים ארוכים יותר עם פעימות איטיות יותר. אלה דרשו פחות כוח לתנועה, גרמו פחות חיכוך ובלאי והיו מדויקים יותר מקודמיהם הקצרים יותר. רוב שעוני האורך משתמשים במטוטלת שארכה כמטר (39 אינץ'), כאשר כל נדנוד אורך כשנייה אחת. הצורך לגובה זה, יחד עם הצורך לחלל ארוך למשקולות המניעות את השעון, יצרו את הארון הגבוה והצר.

קלמנט גם כן הציג לראשונה את קפיץ הבלימה של המטוטלת בשנת 1671. כמו כן מחוג הדקה הקונצנטרי נוסף לשעון על ידי דניאל קוואר, יצרן שעונים בלונדון, ואז המחוג השני הוצג לראשונה.

הישועים גם כן תרמו להתפתחות שעוני המטוטלת במאות ה-17 וה-18, לאחר שזכו ל"הערכה חריגה במיוחד לחשיבות הדיוק" במדידת מטוטלת מדויקת של שנייה. למשל, האסטרונום האיטלקי האב ג'ובאני בטיסטה ריצ'ולי שכנע תשעה ישועים אחרים "לספור כמעט 87,000 תנודות ביום אחד". הם שימשו תפקיד מכריע בהפצת ובדיקת הרעיונות המדעיים של התקופה ההיא, ושיתפו פעולה עם מדענים בני זמנם, כמו הויגנס (Huygens).

שעוני קפיץ ספירלי 

פיתוח טכנולוגיית הקפיץ הספירלי בראשית המאה ה-15 אפשרה לבנות שעונים ניידים, שהתפתחו לשעוני הכיס הראשונים במאה ה-17, אך אלה לא היו מדויקים במיוחד עד שנוסף להם קפיץ האיזון לגלגל האיזון באמצע המאה ה-17. נותרה מחלוקת בשאלה האם המדען הבריטי רוברט הוק (שלו היה קפיץ ישר) או המדען ההולנדי כריסטיאן הויגנס היו הממציאים בפועל של קפיץ האיזון. הויגנס היה בבירור הראשון שהשתמש בקפיץ איזון ספירלי, הקפיץ ששימש כמעט בכל השעונים עד ימינו. תוספת קפיץ האיזון הפכה את גלגל האיזון למתנד הרמוני כמו המטוטלת בשעון מטוטלת, שהתנדנדה בתדר תהודה קבוע והתנגדה לתנודה בקצבים אחרים. חידוש זה הגדיל את רמת הדיוק של השעונים בצורה אדירה, והפחית את השגיאה מכמה שעות ביום אולי לכ-10 דקות ביום, וכהמשך ישיר לכך באה הוספת מחוג הדקה לפָּנָיו של השעון בסביבות 1680 בבריטניה וב-1700 בצרפת.

בדומה להמצאת שעון המטוטלת, אף מערכת קפיצי האיזון הספיראליות של הויגנס בשעונים הניידים, סייעה בהנחת היסודות לתעשיית ייצור השעונים המודרנית. יישום קפיץ האיזון הספיראלי לשעונים פתח עידן דיוק חדש עבור השעונים הניידים, בדומה לעידן שהמטוטלת הביאה לשעונים. מעת המצאתה בשנת 1675 על ידי כריסטיאן הויגנס, מערכת קפיצי האיזון הספיראליים בשעונים הניידים, עדיין משמשת כיום בתעשיית השעונים המכניים כיום.

שעון כיס 
בשנת 1675 המציאו הויגנס ורוברט הוק את קפיץ האיזון הספירלי שנועד לשלוט במהירות התנודה של גלגל האיזון. התקדמות מכריעה זו אפשרה לבסוף שעוני כיס מדויקים. דבר זה הביא להתקדמות רבה ברמת הדיוק של שעוני הכיס, אולי מכמה שעות ביום עד 10 דקות ביום, בדומה להשפעת המטוטלת על שעונים מכניים. השען האנגלי הגדול, תומאס טומפיון, היה מהראשונים שהשתמשו במנגנון זה בהצלחה בשעוני הכיס שלו, והוא אימץ את מחוג הדקה, שלאחר עיצובים שונים שנוסו, בסופו של דבר הגיעה לתצורה המודרנית המוכרת לנו כיום.

הכומר אדוארד בארלו המציא את מה שנקרא בשם "מנגנון המתלים והחלזונות" לשעונים המַכִּים, שהיה שיפור גדול לעומת המנגנון הקודם. השעון החוזר, שמסמל את מספר השעות (או אפילו הדקות), הומצא על ידי קוואר או בארלו בשנת 1676. ג'ורג גרהאם המציא את טכנולוגיית הגלגל הלא נסוג (Deadbeat escapement) לשעונים בשנת 1720.

כרונומטר ימי 

כרונומטרים ימיים הם שעונים המשמשים בים כתקני זמן, לקביעת קו אורך על ידי ניווט אסטרונומי. דחף גדול לשיפור הדיוק והאמינות של שעונים הייתה הצורך והחשיבות של שעון מדויק לניווט. נווט בספינה יכול לקבוע את מיקומה של ספינה בים ברמת דיוק סבירה ביחס לשעון שאיבד או צבר פחות מעשר שניות ביום. הכרונומטר הימי יצטרך לשמור על זמן של מיקום מוגדר - בדרך כלל שעון גריניץ' - לאפשר לאנשי הים לקבוע אורך על ידי השוואת הזמן שבו השמש במקומה הגבוה ביחס לנראה מהספינה, לזמן חצות היום בשעון. שעון זה לא יכול היה להכיל מטוטלת, אשר תהיה כמעט חסרת תועלת באונייה המתנדנדת אנה ואנה.

לאחר טביעת הצי האנגלי ליד איי סילי (1707) בו ארבע אוניות עלו על שרטון בגלל טעויות ניווט, הציעה ממשלת בריטניה פרס גדול של 20,000 ליש"ט, שווה ערך למיליוני פאונד כיום, לכל מי שיכול היה לקבוע קו אורך במדויק. התגמול נתבע בסופו של דבר בשנת 1761 על ידי נגר בשם ג'ון הריסון מהעיר מיורקשייר, שהקדיש את חייו לשיפור הדיוק של שעוניו. פרטים על התביעה והתייחסות ממשלת בריטניה אליה, כתובים בערך הנושא את שמו.

בשנת 1735 בנה הריסון את הכרונומטר הראשון שלו, שבאופן מתמיד שיפר אותו בשלושים השנים הבאות לפני שהגיש אותו לבדיקה. לשעון היו חידושים רבים, כולל שימוש במסבים להפחתת החיכוך, משקולות איזון כדי לפצות על המגרש של הספינה בים ושימוש בשתי מתכות שונות להפחתת בעיית ההתפשטות מחום.

הכרונומטר נוסה בשנת 1761 על ידי בנו של הריסון, ובסוף 10 שבועות השעון היה בשגיאה בפחות מחמש שניות.

שעון חשמלי 

בשנת 1815 פרסם סר פרנסיס רונלדס (1788–1873) מלונדון את קודמו של השעון החשמלי, השעון האלקטרוסטטי. הוא הונע באמצעות מה שנקרא "דרי פייל" (dry pile), סוללה בעלת מתח גבוה עם אורך חיים רב במיוחד אך החיסרון בתכונות החשמליות שלה הוא השינויים המתחוללים בה עם שינויי מזג האוויר. הוא ניסה אמצעים שונים לוויסות החשמל ודגמים אלה הוכחו כאמינים במגוון תנאים מטאורולוגיים.

אלכסנדר ביין, שען ויצרן מכשירים סקוטי, היה הראשון שהמציא ופיתח את השעון החשמלי בשנת 1840. ב-11 בינואר 1841, אלכסנדר ביין יחד עם ג'ון בארוויס, יצרן כרונומטר, העלה על הכתב פטנט חשוב נוסף המתאר שעון בו פועל מטוטלת אלקטרומגנטית וזרם חשמלי כדי להשאיר את השעון בתנועה במקום שימוש בקפיצים או משקולות. פטנטים מאוחרים התרחבו על רעיונותיו המקוריים.

שעוני קוורץ 

המאפיינים הפיזואלקטריים של קוורץ גבישי התגלו על ידי ז'אק ופייר קירי בשנת 1880. מתנד גבישי הראשון נבנה על ידי וולטר קאדי (Walter Cady) בשנת 1921, ובשנת 1927 נבנה שעון הקוורץ הראשון על ידי מארריסון והורטון (Warren Marrison and J. W. Horton) במעבדות הטלפונים של בל בקנדה. בעשורים שלאחר מכן ראו את התפתחות שעוני קוורץ כמכשירים למדידת זמן מדויק במסגרות מעבדה, היות שהאלקטרוניקה הספירה המגושמת והעדינה, הבנויה בשפופרת ריק, הגבילה את השימוש המעשי שלהם מחוץ למעבדה. בשנת 1932 פותח שעון קוורץ המסוגל למדוד וריאציות שבועיות קטנות בקצב הסיבוב של כדור הארץ. המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, ביסס את תקן הזמן של ארצות הברית על שעוני קוורץ מסוף 1929 עד שנות השישים, אז הוא עבר לשעונים אטומיים. בשנת 1969 הציגה לונג'ין את שעון היד הראשון המבוסס על מנגנון קוורץ קיברנטי ושנמכר תחת המותג Ultra Quartz, ובהמשך אותה שנה הציגה סייקו (שהוכרה באותה עת גם בשם היפני "האטורי") את שעון היד הראשון עם מנגנון קוורץ תעשייתי, האסטרון. הדיוק המובנה שלהם ועלות הייצור הנמוכה הביאו לאחר מכן להתפשטות שעוני קוורץ.

שעון אטומי 
שעונים אטומיים הם השעונים המדויקים ביותר לשימוש מעשי כיום. מדויקים כל כך שקיימת בהם סטייה של מספר שניות לאורך אלפים רבים של שנים, ולכן הם משמשים לכיול שעונים ומכשירי מעקב זמן אחרים.

הרעיון של שימוש במעברים אטומיים למדידת זמן הוצע לראשונה על ידי הלורד קלווין בשנת 1879, אף על פי שרק בשנות השלושים עם התפתחות התהודה המגנטית נוצרה שיטה פרקטית לבצע זאת. התקן אב-טיפוס של מֵיְזֶר אמוניה נבנה בשנת 1949 במכון הלאומית לתקנים וטכנולוגיה בארצות הברית. אף על פי שהיה פחות מדויק משעוני קוורץ קיימים, זה שימש להצגה מעשית של הקונספט.

השעון האטומי המדויק הראשון, תקן צזיום המבוסס על מעבר מסוים של האטום צזיום -133, נבנה על ידי לואי אסן בשנת 1955 במעבדה הלאומית לפיזיקה בבריטניה. כיול השעון האטומי הסטנדרטי של צזיום בוצע על ידי שימוש בסולם הזמן האסטרונומי זמן אפמריס (Ephemeris time).

בשנת 1967 מערכת היחידות הבינלאומית תקנה את יחידת הזמן שלה, שנייה, על פי תכונות הצזיום (Cs). SI מגדיר את השנייה כ־9,192,631,770 מחזורי הקרינה שתואמים את המעבר בין שתי רמות אנרגיה ספין אלקטרוניות של תצורת מצב יסוד של האטום הנ"ל.133 שעון אטום הצזיום, המוחזק על ידי המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, מדויק ל-30 מיליארדי שנייה בשנה. שעונים אטומיים השתמשו באלמנטים אחרים, כמו אדי מימן ואדי רובידיום, ומציעים יציבות גבוהה יותר (במקרה של שעוני מימן), וגודל קטן יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר, ועל כן גם עלות נמוכה יותר (במקרה של שעוני רובידיום).

השעון ותעשיית השעונים 

יצרני השעונים המקצועיים הראשונים הגיעו מגילדות המנעולנים והתכשיטנים. ייצור שעונים התפתח ממלאכה ואומנות מומחית לתעשיית ייצור המוני לאחר שנים רבות.

פריז ובלואיס היו המרכזים הראשונים של ייצור השעון בצרפת. יצרניות שעונים צרפתיות כמו ג'וליאן לה רוי, השעון של ורסאי, היו המובילים בתחום עיצוב המקרים ושעוני נוי. לה רוי היה שייך לדור החמישי למשפחת יוצרי השעונים, ותואר על ידי בני דורו כ"יוצר השעונים הכי מיומן בצרפת, אולי באירופה". הוא המציא מנגנון חוזר מיוחד ששיפר את הדיוק של שעונים ושעונים, פנים שניתן לפתוח כדי לראות את עבודת השעון הפנימית, וביצע או פיקח על יצור למעלה מ-3,500 שעונים. התחרות והיריבות המדעית שנבעו מתגליותיו עודדו את החוקרים לחפש שיטות חדשות למעקב זמן בצורה מדויקת יותר.

יצרני השעונים הגיעו למושבות האמריקאיות מאנגליה והולנד בראשית המאה ה-16. בין יצרני השעונים הידועים ביותר במושבות היו תומאס נאש מניו הייבן, קונטיקט (1638), ויליאם דייוויס מבוסטון (1683), אדווארדוס בוגארדוס מניו יורק (1698) וג'יימס באטרסון מבוסטון (1707).

יצרני השעונים של קונטיקט יצרו שעונים מרשימים לאורך שנות ה-1600. המוזיאון המטרופוליטני לאמנות בניו יורק מחזיק באוספיו שעון מַכֶּה שאותו בנה בנג'מין בגנל, האב, בבוסטון לפני 1740 ואת זה אלישע ויליאמס ככל הנראה רכש בין 1725 ל־1739 בזמן שהיה רקטור מכללת ייל . מוזיאון דאלאס לאמנות מחזיק באוספיו שעון מרשים דומה שעשוי כולו מחלקים אמריקאים שבגנל בנה בבוסטון בין 1730 ל־1745.

בשנות ה-1600, כאשר היה קשה יותר להשיג מתכת במושבות, שעונים אמריקאים רבים היו עשויים עץ, כולל ההילוכים, שעוצבו בעבודת יד, כמו כל החלקים האחרים. ישנן עדויות לכך שנעשו שעוני עץ כבר בשנת 1715 ליד ניו הייבן, קונטיקט. בנימין צ'ייני ממזרח הרטפורד, קונטיקט, ייצר שעונים מכים מעץ עד שנת 1745 דייוויד ריטנהאוס בנה שעון עם הילוכים מעץ בסביבות שנת 1749, בעת שהתגורר בחווה ליד פילדלפיה בגיל 17.

בין השנים 1794–1795, בעקבות המהפכה הצרפתית, הממשלה הצרפתית חייבה ייצור של שעונים עשרוניים למשך זמן קצר, כאשר יום חולק ל 10 שעות של 100 דקות כל אחד. כך לדוגמה, האסטרונום והמתמטיקאי פייר-סימון לפלס, בין רבים נוספים, עדכן ושיפר את שעון המחוג שבכיסו לזמן עשרוני. השעון ב-ארמון טווילרי שמר על זמן עשרוני גם בשנת 1801, אך עלות החלפת כל שעוני האומה הצרפתית מנעה את התפשטות השעון העשרוני. מקובל להניח כי מכיוון שהשעונים העשרוניים עזרו רק לאסטרונומים ולא לאזרחים מן השורה, לכן השעון העשרוני היה אחד מהשינויים הלא פופולריים ביותר שנעשו תוך הטמעת המערכת המטרית בציבור, והוא ננטש.

בגרמניה, נירנברג ואאוגסבורג היו המרכזים הראשונים להכנת השעונים, והיער השחור הגיע להתמחות בשעוני קוקייה מעץ.

האנגלים הפכו ליצרני השעונים העיקריים במאות ה-17 וה-18. המרכזים העיקריים של התעשייה הבריטית היו בעיר לונדון, ווסט אנד לונדון, סוהו שם התיישבו הרבה הוגנוטים צרפתים מיומנים ובהמשך בקלרקנוול. "החברה המעריצה של השענים" הוקמה בשנת 1631 כאחת מחברות הליברי של העיר לונדון.

תומאס טומפיון היה לשען האנגלי הראשון עם מוניטין בינלאומי, ורבים מתלמידיו הפכו להורולוגיסטים רבה בזכות עצמם, כגון ג'ורג גרהאם שהמציא את טכנולוגיית הגלגל הלא נסוג (Deadbeat escapement), האוֹרֶרִי ומטוטלת כספית, ותלמידו תומאס בוץ' שיצר לראשונה את טכנולוגיית גלגל-מנוף. יצרני שעונים מפורסמים בתקופה זו כללו את ג'וזף וינדמילס (Joseph Windmills), סיימון דה שארמס (Simon de Charmes) שהקים את חברת השעונים דה ארמס וכריסטופר פינצ'בק שפיתח והמציא את הסגסוגת הנקראת פינצ'בק.

מאוחר יותר, בכלל ההורולוגים המפורסמים נכללו ג'ון ארנולד שיצר את השעון המודרני הפרקטי והמדויק הראשון על ידי שיפור הכרונומטר של הריסון; תומאס ארנשו אשר היה הראשון שהפך את אלה זמינים לרשות הציבור; דניאל קוואר, שהמציא את התנועה החוזרת של השעון, הברומטר הנייד, וכן פיתח את שעון המחוג הקונצנטרי (שמסתובב סביב המרכז).

בקרת איכות וסטנדרטים הוטלו על יצרני השעונים על ידי חברת Worshipful of Clockmakers, גילדה אשר נתנה הרשאות ליצרני השענים לביצוע עסקים. עם התפתחות הצרכנות בסוף המאה ה-18, שעונים, בעיקר שעוני כיס, נחשבו לאביזרי אופנה ועשויים בסגנונות דקורטיביים יותר ויותר. עד שנת 1796 הגיע הענף לנקודת שיא עם כמעט 200,000 שעונים שיוצרו מדי שנה בלונדון, אולם באמצע המאה ה-19 הענף נכנס לירידה חדה מהתחרות השווייצרית.

שווייץ ביססה את עצמה כמרכז לשענות בעקבות זרם בעלי המלאכה של הוגנוטים, ובמאה ה-19 התעשייה השווייצרית "זכתה לעליונות עולמית בשעונים מתוצרת מכונה איכותית". החברה המובילה אז הייתה פטק פיליפ, שנוסדה על ידי אנטוני פטק מוורשה ואדרין פיליפ מברן.

ראו גם 
 זמן אוניברסלי מתואם
 שעון דיגיטלי
 GPS
 הורולוגיה
 שעה
 שעון
 שען
 שעון קיטור

לקריאה נוספת 

 
 
 
 R.M.Ghias Abadi (2004) Achaemenid Inscriptions, 2nd edition, publisher Shiraz Navid

קישורים חיצוניים 

 ציר זמן מקיף של הורולוגיה
 שעונים במצרים העתיקה
 סקירה בסיסית
 מחשבון מדעי היחסות - שאלה פילוסופית: האם ניתן להפריד בין שעונים וזמן?

הערות שוליים 

היסטוריה של המדע
שעונים