Jam (alat)

Jam () ialah suatu alat yang digunakan untuk menunjukkan waktu. Jam merupakan salah satu ciptaan manusia terawal, yang memenuhi keperluan mengukur selang waktu yang lebih singkat daripada hari, iaitu saat, minit dan jam, manakala takwim (kalendar) digunakan untuk menghitung hari, bulan dan tahun.

Jam-jam terawal ialah jam yang berfungsi berdasarkan perubahan alamiah seperti jam matahari. Jam mekanikal moden mula wujud pada sekitar 1300 di Eropah. Jam elektrik pertama kalinya dipaten pada 1840. Perkembangan elektronik pada abad ke-20 membawa kepada penciptaan jam-jam tanpa sebarang peralatan bergerak.

Jenis

Jam matahari 

Jam matahari yang menyukat waktu dengan cahaya matahari digunakan secara meluas pada zaman kuno. Jam matahari yang bagus boleh menyukat waktu suria tempatan setepat-tepatnya. Jam matahari kekal sebagai alat pemerhatian prestasi jam mekanik sehingga zaman moden. Namun, jam matahari memerlukan cahaya matahari dan tidak berguna pada waktu malam, jadi perlunya teknik lain untuk menyukat waktu.

Jam lilin dan colok yang mengecil pada kelajuan yang sekata juga digunakan untuk menganggar peredaran masa. Jam pasir pula bercirikan pasir halus yang melalui liang kecil pada kadar yang sekata sebagai penunjuk peredaran masa.

Jam air 

Selain jam matahari, jam air atau klepsidra juga antara alat waktu tertua di dunia, selain paku bayang menegak dan kayu gundal yang menghitung hari. Sukar sekali dipastikan bila dan di mana jam air mula-mula wujud. Jam air beraliran keluar berbentuk mangkuk adalah bentuk jam air yang teringkas dan diketahui wujud di Babylon dan Mesir sekitar abad ke-16 SM. Bukti jam air terawal juga ditemui di tempat-tempat lain seperti India dan China, tetapi tarikh terawal penggunaannya kurang pasti. Sesetengah sejarawan menulis bahawa jam air muncul di kawasan-kawasan tersebut seawal-awal 4000.

Seorang ahli falak berbangsa Yunani, Andronicus dari Cyrrhus, menyelia pembinaan Menara Angin di Athens pada abad pertama SM. Tamadun Yunani dan Rom Purba dihargai kerana merekalah yang mula-mula memajukan reka bentuk jam air untuk merangkumi penggearan yang rumit yang disambungkan dengan boneka di samping meningkatkan kejituan jam. Kemajuan ini diwariskan kepada zaman kegemilangan Byzantium dan Islam sebelum menembusi Eropah pada Zaman Pertengahan. Sementara itu, masyarakat China membangunkan jam air sendiri pada tahun 725 M, kemudian menghulurkan gagasan mereka kepada Korea dan Jepun.

Pada tahun 797 (atau 801), Khalifah Abbasiyah dari Baghdad, Harun al-Rashid, mempersembahkan ciptaan jam air yang "begitu berhias" bersama seekor Gajah Asia bernama Abul-Abbas kepada Maharaja Charlemagne.

Jam mekanik terawal 
Tidak satu pun jam terawal selewat abad ke-13 yang masih wujud di Eropah, tetapi mujurlah catatan gereja sempat merakam sedikit sebanyak sejarah jam yang sebegitu awal.

Istilah horologia (dari bahasa Yunani: ὡρα, jam (waktu), dan λέγειν, memberitahu) digunakan untuk menamakan segala jenis alat yang kini bergelar jam, tetapi penggunaan perkataan ini (yang masih terdapat atau meninggalkan kesan dalam beberapa bahasa Romawi) untuk segala jenis perakam waktu merahsiakan sifat sebenar mekanismenya dari kita. Contoh, dirakam pada tahun 1176 satu khabar bahawa Gereja Besar Sens memasang sebuah ‘horologe’ tetapi tidak diketahui mekanismenya. Menurut Jocelin dari Brakelond, pada tahun 1198 ketika berlakunya kebakaran di biara St Edmundsbury (kini Bury St Edmunds), para rahib 'bergegas ke arah jam' untuk mengambil air, menunjukkan bahawa jam air mereka juga bertindak sebagai takungan air besar yang cukup untuk memadamkan api ketika itu.

Mekanisme baru 
Di luar Eropah, mekanisme bolosan dikenali dan digunakan di China pada zaman pertengahan, apabila ahli horologi dan jurutera Dinasti Song, Su Song (1020–1101) menerapkannya ke dalam ciptaan menara jam astronominya di Kaifeng pada tahun 1088. Namun, jam astronomi dan sfera armila berputarnya masih bergantung pada penggunaan aliran air (iaitu hidraulik), padahal sawat jam Eropah pada abad-abad berikutnya sudah melucutkan tabiat lama ini demi kuasa pacuan beban yang lebih cekap di samping mekanisme bolosan.

Jam raksa yang diperikan dalam kertas kerja Sepanyol Libros del saber dari 1277 M yang mengandungi terjemahan dan parafrasa dari kertas kerja Arab, turut dijadikan bukti untuk pengetahuan jam mekanik dalam dunia Islam. Bagaimanapun, peranti berkenaan sebenarnya merupakan jam air silinder berpetak yang dibina oleh "Iran" (Hero dari Iskandariah), menurut pengarang bahagian kertas kerja berkenaan yang berbangsa Yahudi, Rabai Isaac.

Dari tahun 1280 hingga 1320, jam dan horologe semakin banyak disebut dalam catatan gereja. Mungkin inilah petanda bahawa terciptanya sejenis mekanisme jam yang baru. Mekanisme jam sedia ada yang menggunakan kuasa air disesuaikan untuk memperoleh kuasa pacuannya dari pemberat menurun. Kuasa ini dikawal oleh sebentuk mekanisme berayun yang mungkin berasal dari peranti pembunyian loceng yang wujud ketika itu. Pelepasan kuasa terkawal ini (bolosan) menandakan kelahiran jam mekanik yang sejati.
 
Jam mekanik ini ada dua tujuan utama, iaitu: pengisyaratan dan pemberitahuan (cth. pemasaan perkhidmatan dan acara awam) untuk kegunaan pentadbiran, dan pemodelan sistem suria untuk kegunaan cendekiawan dalam bidang astronomi, sains, astrologi dan persepaduan ilmu-ilmu tersebut dengan falsafah masa keagamaan. Astrolab digunakan oleh ahli astronomi dan astrologi, maka tidak hairanlah pacuan sawat jam digunakan pada plat berputar untuk menghasilkan model sistem suria yang berfungsi.

Jam ringkas yang bertujuan pemberitahuan sahaja dipasang pada menara, dan tidak semestinya ada muka dan jarum. Ia pasti digunakan untuk mengumumkan jam berkanun atau selang antara waktu-waktu sembahyang. Jam berkanun berbeza-beza panjangnya mengikut perubahan waktu matahari terbit dan terbenam. Jam astronomi yang lebih canggih memperlihatkan muka atau jarum yang bergerak, serta menunjukkan waktu dalam pelbagai sistem masa, termasuk "jam Itali" (24 jam yang bermula pada waktu matahari terbenam/senja), jam berkanun, dan juga sistem masa khusus yang diamalkan oleh para astronomi pada zaman itu. Kedua-dua gaya jam tersebut mula menggunakan ciri-ciri mewah seperti boneka automaton.

Perkembangan selanjutnya 
Tukang jam mengambil pelbagai cara untuk mengembangkan kesenian mereka. Pembuatan jam kecil mencabar dari segi teknikal, begitu juga dengan penambahbaikan kejituan dan keutuhannya. Jam boleh dijadikan kemegahan yang mengagumkan yang menyerlahkan kemahiran ketukangan, ataupun barang keluaran besar-besaran murah untuk kegunaan dalam rumah. Bolosan adalah faktor utama yang mempengaruhi kepersisan jam, jadi bermacam-macam mekanisme telah dicuba untuk tujuan ini.

Jam pacuan spring muncul pada abad ke-15, walaupun pernah disalah anggap bahawa tukang jam Peter Henlein di Nürnberg yang menciptanya sekitar tahun 1511. Jam pacuan spring terawal yang masih wujud adalah jam kamar yang dihadiahkan kepada Peter sang Baik, Adipati Burgundy, sekitar tahun 1430, dan kini disimpan di Germanisches Nationalmuseum. Kuasa spring juga menimbulkan masalah baru pada tukang jam, iaitu bagaimana untuk memastikan pergerakan jam berterusan pada kadar yang malar apabila spring menjadi lesu. Hasilnya adalah penciptaan stackfreed dan fusee pada abad ke-15, disusuli banyak lagi inovasi, sehingga penciptaan going barrel moden pada tahun 1760.

Permukaan jam awal hanya menunjuk nilai jam, tiada minit dan saat. Jam yang menunjuk minit pada mukanya digambarkan dalam manuskrip tulisan Paulus Almanus pada tahun 1475. Terdapat beberapa jam buatan abad ke-15 di Jerman yang menunjuk minit dan saat.

Pada abad ke-15 dan ke-16, pertukangan jam semakin mekar, terutamanya di bandar-bandar pertukangan logam Nuremberg dan Augsburg, dan di Blois, Perancis. Ada jam meja ringkas yang hanya berjarun satu, dengan selang antara penanda jam dibahagikan kepada empat suku agar jam boleh dibaca setepat-tepat 15 minit terdekat. Sementara itu, jam juga berupa pertunjukan ketukangan dan kemahiran yang mengandungi petunjuk astronomi dan animasi bermuzik. Bolosan silang rentak dicipta oleh Jost Bürgi, juga pemaju remontoire, pada tahun 1584. Jam ciptaan Bürgi ini merupakan kemajuan besar dalam kepersisan jam kerana waktunya tepat pada seminit sehari.
Jam-jam ini membantu ahli astronomi abad ke-16, Tycho Brahe memerhati peristiwa astronomi dengan lebih persis daripada dahulunya.

Jam astronomi pacuan pemberat mekanik yang dilengkapi bolosan verge-and-foliot, pawai gear pemukul, penggera, dan perlambangan kitaran bulan diperikan oleh jurutera Uthmaniyyah, Takiyuddin dalam bukunya, Al-Kawākib al-durriyya fī wadh' al-bankāmat al-dawriyya ("Bintang-Bintang Paling Terbilang untuk Pembinaan Jam Jentera"), published in 1556-1559. Serupa dengan jam loceng Eropah seawal abad ke-15, ia mampu berdenting pada waktu tertentu dengan pasak yang terletak pada roda muka jam. Pada waktu yang sepatutnya, pasak itu menghidupkan peranti dentingan. Jam ini ada tiga muka yang masing-masing menunjuk nilai jam, darjah dan minit. Kemudian, Takiyuddin menghasilkan sebuah jam cerap untuk Balai Cerap Taqi al-Din di Istanbul (1577–1580). Beliau memerikannya sebagai "sejenis jam jentera bermuka tiga yang menghitung nilai jam, minit dan saat." Inilah salah satu inovasi penting dalam amalan astronomi abad ke-16, memandangkan pada awal abad itu, jam-jam yang sedia ada belum cukup sesuai untuk kegunaan astronomi.

Perkembangan memperbaiki kejituan jam melangkah maju lagi dengan penciptaan jam bandul selepas tahun 1656. Galileo membayangi penggunaan ladung berayun untuk mengawal pergerakan alat perakam masa pada awal abad ke-17. Namun begitu, Christiaan Huygens dianggap sebagai penciptanya, kerana beliau menentukan rumus matematik yang mengaitkan kepanjangan bandul dengan masa (99.38 cm atau 39.13 ini untuk pergerakan satu saat), lantas menzahirkan jam pacuan bandul pertama di dunia.

Salah satu perangsang utama untuk mempertingkat kejituan dan keutuhan jam adalah kepentingan penjagaan masa persis untuk tujuan pelayaran. Kedudukan kapal di laut boleh ditentukan dengan setepat-tepatnya jika pelayar boleh membaca jam yang terkurang atau terlebih sepuluh saat sehari. Jam ini tidak boleh ada bandul, kerana tidak boleh dipakai dalam kapal yang bergolak. Banyak kerajaan Eropah yang menawarkan habuan besar untuk sesiapa yang boleh menentukan garisan bujur dengan setepat-tepatnya; misalnya, Great Britain menawarkan 20,000 paun, bersamaan jutaan ringgit pada zaman sekarang. Ganjarannya jatuh di tangan John Harrison pada tahun 1761, kerana beliau mengabdikan hidupnya untuk meningkatkan kejituan jam-jamnya. Ciptaan jam H5-nya cuma mengalami ralat kurang 5 saat sepanjang 10 minggu.

Keterujaan terhadap jam bandul telah menarik perhatian para pereka, sehingga menyebabkan resulting in a bertambahnya kepelbagaian bentuk jam di dunia, terutamanya jam besar berdiri yang dicipta untuk menempatkan bandul dan sawat jam. Penghargaan diberikan kepada tukang jam Inggeris, William Clement kerana memajukan bentuk jam ini sekitar tahun 1670–71. Pada masa yang sama, kulit jam juga semakin banyak diperbuat daripada kayu manakala muka jam menggunakan enamel dan tembikar berlukis tangan.

Pada 17 November 1797, Eli Terry menerima paten pertamanya untuk satu ciptaan jam. Terry dikenali sebagai pengasas industri pertukangan jam Amerika Syarikat.

Tukang jam Scotland, Alexander Bain, mempatenkan ciptaan jam elektrik pada tahun 1840. Pegas utama jam elektrik dikunci dengan motor elektrik atau elektromagnet dan angker. Pada tahun 1841, beliau mempatenkan bandul elektromagnet pertama.

Perkembangan elektronik pada abad ke-20 menghasilkan jenis-jenis jam yang langsung tiada sawat jam, sebaliknya waktu dirakam dengan cara-cara lain seperti getaran garpu tala, kelakuan hablur kuarza atau getaran kuantum atom. Jam mekanik pun kebanyakannya dijana oleh bateri.

Kefungsian 
Penciptaan jam mekanik pada abad ke-13 melancarkan perubahan dalam kaedah perakaman waktu dari proses selanjar seperti pergerakan bayang paku bayang pada jam matahari atau aliran cecair dalam jam air, kepada proses ayun berulang-ulang, seperti ayunan bandul atau getaran hablur kuarza yang lebih jitu. Semua jam moden menggunakan kuasa ayunan.

Walaupun menggunakan bermacam-macam cara, tak kira mekanik, digital mahupun atom, semua jam berayun serupa fungsinya, dan terdiri daripada bahagian-bahagian yang seakan-akan sama fungsinya.

Semua jenis jam terdiri daripada suatu objek yang mengulangi pergerakan yang sama berkali-kali, iaitu pengayun, dengan selang masa yang betul-betul malar di antara setiap ulangan atau 'rentak'. Pada pengayun terpasang peranti pengawal yang menampung pergerakan pengayun dengan menggantikan tenaga yang dihilangkannya akibat geseran, lalu menukarkan ayunannya kepada detik-detik yang berturut-turut. Detik-detik itu kemudian dihantar ke dalam pembilang untuk menyatakan waktu dalam bentuk yang mudah, iaitu saat, minit, jam dan sebagainya. Akhirnya penunjuk memaparkah hasilnya dalam bentuk yang mudah difahami manusia.

Punca kuasa 
Punca kuasa diperlukan sebagai bekalan untuk memastikan jam berjalan.
 Dalam jam mekanik, punca kuasa berupa beban yang tergantung dari tali pintal yang membalut takal, atau pegas pilin yang dipanggil pegas utama.
 Dalam jam elektrik, punca kuasa berupa bateri atau talian kuasa arus ulang-alik.
Memandangkan jam mesti berjalan tanpa henti, wujudnya punca kuasa kedua untuk meneruskan perjalanan jam sekiranya bekalan kuasa sesalur terganggu. Dalam jam mekanik lama, spring kuasa pengekal memastikan jam berteruskan apabila pegas utama dikunci. Jam kuarza yang menggunakan kuasa arus ulang-alik selalunya disertakan bateri sandar untuk meneruskan jam apabila palamnya dicabut buat sementara.

Pengayun 
Dalam setiap jam moden ada unsur rakaman masa iaitu pengayun berharmoni, sejenis objek fizikal (alat resonan) yang bergetar atau berayun berulang-kali pada frekuensi yang betul-betul malar.
 Dalam jam mekanik, ini adalah bandul atau roda pengimbang.
 Dalam jam elektronik awal seperti Accutron, ini adalah garpu tala (tuning fork).
 Dalam jam kuarza, ini adalah hablur kuarza.
 Dalam jam atom, ini adalah getaran elektron dalam atom ketika memancarkan gelombang mikro.
 Dalam jam mekanik awal sebelum tahun 1657, ini adalah roda pengimbang kasar atau foliot yang bukannya pengayun berharmoni kerana tiada spring imbang. Oleh itu, jam sedemikian begitu tidak tepat sehingga boleh terlari satu jam dalam sehari.
Kelebihan pengayun berharmoni berbanding jenis-jenis pengayun yang lain adlaah penggunaan resonans untuk bergetar pada frekuensi resonans atau 'rentak' natural yang jitu mengikut ciri-ciri fizikalnya sahaja, tanpa bergetar pada kadar lain. Kepersisan yang boleh dicapai oleh pengayun berharmoni disukat dengan parameter Q (faktor kualitinya) yang meningkat (andai yang lain-lain tidak berubah) bersama frekuensi resonansnya. Sebab itulah trend jangka masa panjang menyebelahi pengayun berfrekuensi tinggi dalam jam. Roda pengimbang dan bandul sentiasa ada cara melaraskan kadar jamnya. Sesetengah jam kuarza ada "skru kadar" yang melaraskan kapasitor untuk tujuan itu. Jam atom adalah piawai primer, maka kadarnya tidak boleh dilaras.

Jam segerak 
Terdapat jam-jam yang bergantung pada pengayun luaran untuk ketepatannya; dalam erti kata lain, jam-jam sedemikian disegerakkan dengan sebuah lagi jam yang jitu secara automatik:
 Jam hamba atau "anak jam" yang digunakan dalam institusi besar dan sekolah dari 1860-an hingga 1970-an, menjaga waktu dengan bandul, tetapi disambungkan dengan jam induk melalui pendawaian dalam bangunan, dan menerima isyarat berkala untuk bersegerak dengan induk, biasanya pada setiap tepat sejam. Jam-jam tanpa bandul dicetuskan oleh detik-detik dari jam induk dan jujukan-jujukan tertentu yang digunakan untuk memaksa penyegerakan deras sekiranya bekalan elektrik terganggu.
 Jam elektrik segerak tiada pengayun dalaman, sebaliknya bergantung pada ayunan 50 atau 60 Hz dari talian kuasa arus ulang-alik yang disegerakkan dengan pengayun persis oleh bekalan kuasa, untuk memacu motor segerak dalam jam yang berpusing sekali untuk setiap kitaran voltan talian, sambil memacu pawai gear.
 Jam masa nyata komputer merakam masa dengan hablur kuarza, tetapi disegerakkan dengan jam atom (UTC) menerusi internet secara berkala (biasanya setiap minggu) dengan menggunakan sistem Protokol Waktu Rangkaian.
 Jam radio merakam masa dengan hablur kuarza, tetapi disegerakkan dengan jam atom secara berkala (biasanya setiap hari), untuk menerima isyarat masa dari stesen radio kerajaan seperti WWV, WWVB, CHU, DCF77 dan sistem GPS.

Pengawal 
Bahagian ini ada dua fungsi, iaitu memastikan pengayun berterusan dengan 'menolaknya' untuk menggantikan tenaga yang hilang kerana geseran, sambil menukarkan getarannya kepada detik-detik yang berfungsi mengukur masa.
 Dalam jam mekanik, inilah bolosan yang memberikan tolakan persis kepada bandul yang mengayun atau roda pengimbang, lalu melepaskan satu gigi roda bolosan pada setiap ayunan untuk membolehkan semua roda dalam jam mara selangkah yang sekata dalam setiap ayunan.
 Dalam jam elektronik, inilah litar pengayun elektronik yang memberikan 'tolakan' kepada hablur kuarza yang bergetar atau garpu tala, lalu menjana detik-detik elektrik dari getaran hablur, iaitu isyarat jam.
 Dalam jam atom, pengawalnya adalah rongga gelombang mikro vakum yang ditempatkan pada pengayun yang dikawal oleh pemproses mikro. Gas atom sesium yang halus dilepaskan ke dalam rongga untuk didedahkan kepada gelombang mikro. Pancaran laser mengukur berapa banyak atom yang menyerap gelombang mikro, kemudian sistem kawalan suap balik elektronik iaitu gelung terkunci fasa (phase locked loop) menala pengayun gelombang mikro sehingga mencapai frekuensi tepat yang menyebabkan atom-atom bergetar dan menyerap gelombang mikro. Kemudian, isyarat gelombang mikro dibahagikan oleh pembilang digital untuk dijadikan isyarat jam. 
Dalam jam mekanik, Q rendah dalam pengayun roda pengimbang atau bandul menjadikannya terdedah kepada kesan gangguan impuls bolosan; dengan itu bolosan itulah yang banyak mempengaruhi kejituan jam, maka banyaklah rekabentuk bolosan yang dicuba. Q yang lebih tinggi dalam penyalun jam elektronik menjadikannya kurang terdedah kepada kesan gangguan kuasa pacuan, jadi litar pengayun pacuan adalah komponen yang tidak begitu diberi perhatian.

Pembilang 
Bahagian ini membilang jumlah detik untuk mendapatkan unit waktu dalam bentuk saat, minit, jam, dsb. Lazimnya, ia ada peruntukan untuk mengunci jam dengan memasukkan waktu yang betul secara manual ke dalam pembilang.
 Dalam jam mekanik, ini dilakukan oleh sejenis pawai gear yang dikenali sebagai pawai roda. Pawai gear juga berfungsi memancarkan kuasa mekanik dari punca kuasa untuk menjalankan pengayun. Terdapat gandingan geseran iaitu 'pinan kanon' di antara gear-gear yang memacu jarum-jarum dan bahagian-bahagian lain dalam jam, untuk membolehkan jarum-jarum dialihkan oleh tombol di bekalang untuk mengunci waktu.
 Dalam jam digital, terdapat serantaian pembilang atau pembahagi litar bersepadu yang menjumlahkan detik-detik secara digital dengan memanfaatkan logik perduaan. Biasanya berbentuk butang tekan di luaran untuk membolehkan pembilang jam dan minit dinaik turun untuk mengunci waktu.

Penunjuk 
Ini pula menyatakan nilai saat, minit, jam dsb. dalam bentuk yang mudah difahami manusia.
 Jam mekanik terawal dari abad ke-13 tiada penunjuk pandang, sebaliknya menandakan masa dengan bunyi seperti loceng. Kebanyakan jam lama yang wujud sampai hari ini adalah jam berdenting yang membunyikan setiap satu jam.
 Jam analog, termasuk hampir semua jam mekanik dan sesetengah jam elektronik, mempunyai muka jam yang memaparkan waktu dalam bentuk analog dengan jarum jam dan minit yang bergerak. Pada jam kuarza bermuka analog, isyarat 1 Hz dari pembilang menggerakkan motor pelangkah yang memarakan jarum saat pada setiap detik, sementara jarum minit dan jam digerakkan oleh gear-gear dari aci jarum saat.
 Jam digital memaparkan waktu dalam bentuk angka yang berubah-ubah secara berkala pada paparan digital.
 Jam bercakap dan khidmat jam bersuara oleh syarikat telefon menyebutkan waktu dengan memainkan rakaman suara atau sintesis suara digital.

Rujukan

Pautan luar 

 
Horologi

br:Ur