Horlosies: hoe die mens deur die eeue geleer het om die tyd al hoe akkurater te meet
REGS: ’n Sepia-foto van die beroemde Big Ben in Londen.
• Lees meer oor Big Ben in die artikel Tyd—die mistieke vierde dimensie
Die primitiefste soort horlosie was eenvoudig ’n boomstomp of ’n stok wat in die grond ingedruk was. Die ligging van die skaduwee het aangedui of dit voormiddag of namiddag was. Hoe dramaties verskil dit nie van die nuutste atoomhorlosie van ons tyd nie. Hierdie horlosie is glo so akkuraat dat dit oor ’n tydperk van dertig miljoen jaar geen enkele sekonde sal wen of verloor nie. Maar hoe het tydmeting dan van hierdie een uiterste tot die ander ontwikkel?
• Lees ook ander artikel oor ons kalender en horlosies: klik hier
BO: Een weergawe van die hoë staanhorlosie ("grandfather clock"), wat nie vele dekades gelede nie nog in baie van ons huise te sien was.
Foto hierbo: Harry S Truman National Historic Site / U.S. National Park Service
Die meeste van die ander grafika by hierdie atikel is blykbaar eweneens openbare besit ingevolge die Amerikaanse reg. Ander is bekom uit bronne van enigsins onopspoorbare oorsprong of is self gegenereer. Die foto van die atoomhorlosie is deur NASA.
ALK ken jy die staaltjie—of een wat min of meer so klink—van die dorp se leegloper wat op ’n dag weer twee rye spore geloop het weens ’n goeie paar slukke te veel uit die bottel.
’n Toeris, wat ongelukkig nie baie goed kan sien nie, loop verby die ou drinkebroer en probeer met skrefiesoë die tyd lees op die groot horlosie teen die gewel van die stadsaal. Ná ’n rukkie gee hy die saak gewonne, draai om en loop terug na die fieta.
"Meneer," sê die toeris , "ekskuus tog... kan u vir my sê wat sê die tyd?"
Waarop die vabond met ’n hemelsbreë glimlag orent steier en met tandelose bravade antwoord: "Die tyd sjê tik-tak en die hond sjê woef-woef en die koei sjê moe-moe..."
Nou ja, of ’n mens nou hieroor glimlag of nie, die feit bly staan dat die tyd nie altyd tik-tak gesê het nie! Anders gestel: daar was ’n baie, baie lang periode in die geskiedenis van die mens waarin horlosies glad nie bestaan het nie en daar na gang van die son en die maan en die sterre gekyk moes word om net so min of meer te weet hoe vroeg of hoe laat dit is.
DIE primitiefste soort horlosie was eenvoudig ’n boomstomp of ’n stok wat in die grond ingedruk was. Die ligging van die skaduwee het aangedui of dit voormiddag of namiddag was. Die sonwyser is nagenoeg tussen 1500 en 1300 vC deur die ou Egiptenare volgens hierdie beginsel ontwikkel.
LINKS: Die meting van die stand van die son se skaduwees het tot die ontwikkeling van die sonwyser gelei. Selfs by moderne sonwysers geld die oorspronklike prinsiep steeds.
Die waterklok is deur die antieke Chinese, Egiptenare, Grieke en Romeine gebruik. Hierdie apparaat het basies die tydsverloop aangedui deur die hoeveelheid water te meet wat uit een houer in ’n ander een drup. Die uurglas met sy lopende sand was ’n soortgelyke toestel, wat sand pleks van water gebruik het. Nog ’n eenvoudige tydmeter het bestaan uit ’n kers of brandende tou wat in ure afgemeet is.
Waterklokke met wysers is deur die ou Grieke gebou. Die befaamde Griekse wiskundige Archimedes (ca. 287 - ca. 212 vC) het glo die eerste uurwerk uitgevind wat ’n gewig pleks van water gebruik het om sy wyserwiel te draai.
BO: Die waterklok het aanvanklik die tydsverloop aangedui deur bloot die hoeveelheid water te meet wat uit een houer in ’n ander een drup.
REGS BO: Mettertyd is die waterklok met 'n wyser toegerus. Dié het gewerk met 'n rat en 'n getande staaf, wat deur 'n vlot opwaarts gedruk is namate al hoe meer water uit die tregter in die onderste houer ingedrup het.
In die sogenaamde Donker Eeue (400 - 1000 n.C.) het die monnike in die Europese kloosters dit baie nodig gevind om tyd te meet vanweë hul hoogs geordende lewe. ’n Aantal betreklik eenvoudige, nie-meganiese tydmeet-apparate (waterklokke, uurglase, afgemerkte kerse, ens.) wat eeue tevore uitgevind was, is deur die kloosters in gebruik gehou. Die klokke in die kloosters is met gereelde tussenposes gelui, sodat die mense daarbuite darem min of meer geweet het hoe die tyd verbygaan.
Die opbloei in die handel en vervaardigingsbedrywe in die Middeleeuse stede het ’n behoefte aan steeds noukeuriger metodes van tydmeting laat ontstaan, en die taak om tyd te hou, het van die kloosters na die stede verskuif.
LINKS: Tyd is in die Donker Eeue ook met afgemerkte kerse gemeet.
REGS: 'n Uurglas. Waar die waterklok die tyd met water aandui, doen die uurglas dit met fyn sand in twee houers van deursigtige glas wat met 'n nekkie verbind is.
DIE meganiese klok soos ons dit ken, dateer uit die veertiende eeu. Henry de Vick, ’n Duitser, word algemeen beskou as die persoon wat die eerste moderne horlosie gemaak het. Die meeste van die ou horlosies, De Vick s’n inkluis, is in torings ingebou.
Horlosies was te groot en te duur om deur gewone mense besit te word, met die gevolg dat hele gemeenskappe op hul dorp se toringklok aangewese was om vir hulle die tyd aan te dui.
Die uitvindsel van die meganiese klokhorlosie het vinnig in groot stede soos Parys, Frankryk, en handelsentrums soos Neurenberg, Duitsland, ontwikkel. ’n Wyserplaat en wysers is toegevoeg, en teen omstreeks 1345 was die verdeling van ure in minute en sekondes reeds algemeen.
Java word nie deur jou blaaier ondersteun nie REGS: Hoekom ons juis twaalf ure in ’n dag, sestig minute in ’n uur en sestig sekondes in ’n minuut het, is ’n storie op sigself, maar die werklike oorsprong van die gebruik vervaag in die newels van die verre verlede. Moontlik het dit te doen gehad met ’n antieke Egiptiese indeling van die jaar in 360 dae en twaalf maande van dertig dae elk. Dit kon daartoe gelei het dat die syfer 12 en veelvoude daarvan gebruik is om die dag, uur en minuut te verdeel.
JAVA-ANIMASIE Java moet gelaai en dan ook geaktiveer wees om werkende horlosie te sien. Tyd nie noodwendig korrek nie!
In die sestiende eeu het Peter Henlein van Neurenberg sakhorlosies vervaardig, en aan die einde van die eeu is klein slaanhorlosies in private huise in Engeland en Holland in gebruik geneem.
Uit die spiraalveerhorlosie was teen 1500 uitgevind is, het mettertyd goedkoop huishorlosies, sakhorlosies en, later, armhorlosies ontwikkel.
Die ontwerp van die slingerklok (penduleklok) is teen die sewentiende eeu vervolmaak en staanhorlosies met swaaiende pendules was lank ’n integrerende deel van die ameublement in baie voorhuise, ook in Suid-Afrika.
LINKS: Die hoë staanhorlosie of staande kasklok ("grandfather clock") met sy kenmerkende slinger.
DIE ontwikkeling van horlosies het die alledaagse lewe geweldig laat verander. Tyd op sigself het waardevol geword. Vir baie soorte werk is betaal na gelang van die tyd wat dit geverg het, en die werkdag is gereglementeer.
Maar dan sou die gebrek aan noukeurige horlosies (vir die berekening van die lengtegraad) weer die vordering in navigasie tot die agttiende eeu vertraag. In daardie tyd het die Engelsman John Harrison (1693 - 1776) die eerste moderne chronometer uitgevind. ’n Chronometer is ’n hoogs akkurate soort horlosie, waarvan die binnewerk in bepaalde opsigte van ander meganiese horlosies verskil.
Harrison was ook die uitvinder van die onrusrat ("balance wheel") wat in moderne meganiese horlosies gebruik word.
REGS: John Harrisson se No. 4 Chronometer.
Een probleem waarmee die vroeë horlosiemakers te kampe gehad het, was die uitsetting van metaal wanneer dit warm word. Wanneer ’n slinger (pendule) uitsit, raak die horlosie agter. Die probleem is op verskillende maniere opgelos, maar slingerhorlosies kon tot in die twintigste eeu steeds twee sekondes per dag "uit" wees. Vanmelewe se horlosies was egter steeds onder die mees volmaakte meganismes van hul tyd.
Die elektriese horlosie is in die laat 1800’s uitgevind, maar het eers ná die Eerste Wêreldoorlog (1914 - 1918) algemeen in gebruik gekom. In 1928 het W.A. Marrison van Bell Laboratories die eerste kwartshorlosie, met ’n akkuraatheid van tot een of twee duisendstes van ’n sekonde in ’n dag, gebou. Die kwartstegnologie is later aangepas om in armhorlosies gebruik te word.
Maar presies hoe werk die meganiese horlosie?
Bygevoeg: 12 Sept. 2009
Hoe die meganiese horlosie werk
LET WEL: Dele van die horlosie word deur verskillende bronne soms ietwat verskillend genoem, nie net in Engels en ander tale nie, maar ook in die Afrikaanse vertalings. Dit bemoeilik natuurlik die werk van die navorser, maar die belangrikste is stellig om die werking te begryp. Ons probeer nietemin ’n Afrikaanstalige kenner vind om ons te help met die korrekte Afrikaanse terminologie! — Mieliestronk.
DIE energie wat ’n meganiese horlosie aan die gang hou, word verskaf deur ’n gewig wat besig is om ondertoe te val of ’n veer wat opgewen was en besig is om af te wen. Met ’n veer word natuurlik dit bedoel wat die Engelse ’n spring noem en nie die veer van ’n voël (Eng. feather) nie!
By ’n veerhorlosie word die hoofveer—die veer wat die krag verskaf—tot ’n stywe spiraal opgewen, gewoonlik met die hand, maar ook deur armbewegings, soos by ’n selfopwennende polshorlosie.
Namate die spiraal afwen, draai dit ’n skag wat verbind is met ’n stel ratte wat op hul beurt met die horlosiewysers verbind is. Die ratte is só gerangskik dat die uurwyser elke twaalf uur een omwenteling voltooi, die minuutwyser een keer omgaan in elke uur en die sekondewyser elke minuut een omwenteling maak.
Om die snelheid te reguleer waarmee die veer afwen, en om te verhinder dat dit met een slag afloop, is die skag deur middel van ratte met ’n sogenaamde échappement-meganisme verbind. Hier is ’n tandrat, oftewel ’n getande wiel, wat deur ’n arm bewegingloos gehou kan word. Aan elke ent van die arm is ’n haak, wat in die tandrat pas. Die arm is verbind met ’n sogenaamde onrus (“balanswiel”), wat weer verbind is met ’n balansveer (“haarveer”) wat in ’n egalige tempo opdraai en afdraai.
Die balansveer laat die onrus met gereelde tussenposes heen en weer swaai. Die échappement-arm swaai saam met die onrus en haak in en haak uit by die échappement-skakelrat. Wanneer die skakelrat vry is, stel dit die hoofveer in staat om af te wen. Wanneer dit ingehaak is, word die afwen-aksie gestaak.
Die skakelrat gee die arm ’n stootjie aan die einde van elke swaai. Die krag van hierdie stootjie word na die balansveer oorgedra, wat genoeg energie verskaf om die onrus aan die beweeg te hou. Die getik van die horlosie word deur die in- en uithaking van die échappement-arm teweeggebring.
Iets omtrent die werking van horlosies wat met gewigte aan die gang bly, word onderaan die Mieliestronk-artikel oor pendules vertel.
By elektriese horlosies—die huishoudelike soort wat met wisselstroom werk—word die skag ook deur middel van ’n reeks ratte met die wysers verbind. Die dryfkrag word egter nie deur ’n veer verskaf nie, maar deur ’n elektriese stroom wat gedurig wisselend van rigting verander (soos die krag in ons huise) en die teenoorgestelde is van gelykstroom. By ’n elektriese horlosie word die snelheid van die aandrywer beheer deur die frekwensie van die kragstroom—die getal kere wat dit in een sekonde van rigting verander.
A. Hoofveer wen af en draai trommelmontering
B. Trommelmontering draai ratte
C. Onrus, beheer deur balansveer, beweeg egalig heen en weer
D. Échappement-meganisme, gereguleer deur onrus, haak in en uit. Hierdie aksie beheer die tempo waarin die hoofveer afwen waardeur die veer se energie met gereelde tussenposes vrygestel word
E. Hoofskag, wat energie van hoofveer ontvang soos reguleer deur die échappement-meganisme, draai in ’n egalige tempo
F. Ratte verbind wysers met skag, sodat verskillende wysers met verskillende snelhede draai
IN die twintigste eeu het die meganiese horlosie sy groot bloei beleef, maar lank voor die jongste eeuwisseling was dit reeds duidelik dat hy vinnig besig was om plek te maak vir digitale horlosies, wat in 1971 gepatenteer is. Meganiese horlosies moet kort-kort opgewen word, anders wen die spiraalveer af en die horlosie gaan staan. Met digitale horlosies is daar geen opwennery nie en al wat nodig is, is om die batterytjie wat die krag verskaf ná ’n tyd te vervang.
’n Analoë horlosie het gewoonlik ’n wyserplaat en twee of drie deur die uurwerk aangedrewe wysers—dié is gekoppel aan ’n gemeenskaplike sentrale as, wat deur die middel van die wyserplaat steek. ’n Digitale horlosie gee die ure en die minute, en soms ook die sekondes, as getalle weer.
Digitale horlosies is stelsels wat—soos onder meer ook sakrekenaars en videospeletjies—op mikroprosesseerders gegrond is. ’n Mikroprosesseerder word gebou op ’n enkele brokkie silikon wat in die reël niks breër as ’n halwe sentimeter en niks dikker as ’n piepdun 0,05 sentimeter is nie.
Sommige moderne horlosies is ongelooflik noukeurig. Nadat die Oostenryks-Amerikaanse fisikus Isidor Rabi in 1945 voorgestel het dat ’n horlosie gemaak moet word wat op die werking van atome gegrond is (deur gebruik te maak van ’n metode wat atoomstraal-magnetiese resonansie genoem word) was dit kort voor lank moontlik om die voorheen haas ondenkbare te vermag.
Een soort horlosie, wat beheer is deur ’n klein kwartskristal wat 100.000 keer per sekonde vibreer, is gebou en was nooit meer as een duisende van ’n sekonde op ’n dag verkeerd nie. Nog noukeuriger was die sogenaamde atoomhorlosie, waarvan die eerste in 1949 in Washington in die VSA gebou is. Die werking van hierdie horlosie was op die trilling van atome in ’n ammoniummolekule gegrond. Dit is egter daarna vervang deur nóg akkurater atoomstraal-toestelle wat op die skaars alkaliese metaalelement sesium gebaseer is.
Wetenskaplikes het lank reeds besef dat atome (en molekules) resonansies het, dat elke chemiese element en verbinding elektromagnetiese strale afgee en absorbeer, teen sy eie kenmerkende frekwesies. Hierdie resonansies is inherent stabiel in die tyd en ruimte. ’n Atoom waterstof of sesium wat vandag hier is, is (sover ons weet) presies soos een van ’n miljoen jaar gelede of in ’n ander sterrestelsel. In atome is daar dus ’n potensiële "pendule" wat so geweldig standhoudend is dat dit die grondslag vir hiperakkurate horlosies kan vorm.
Die een ontwikkeling het tot die ander gelei en NIST-F1, die Amerikaanse standaard-atoomhorlosie, is glo vandag so akkuraat dat dit oor ’n tydperk van dertig miljoen jaar geen enkele sekonde sal wen of verloor nie.
Die atoomhorlosie het hom as ’n nuttige instrument bewys vir sterrekundiges wat die aard van die heelal ondersoek. Dit is byvoorbeeld al dikwels gebruik om aspekte van Albert Einstein se relatiwiteitsteorie te toets.
BO: 'n Atoomhorlosie Foto: NASA
VANDAG is ons selde indien ooit meer as ’n werklike of spreekwoordelike armlengte weg van die een of ander horlosie, en ’n mens kan selfs die tyd op jou selfoon lees. Selfs as jy die skerm van ’n rekenaar voor jou oop het (soos nou), kan jy tien teen een die tyd regs onder op die balkie sien.
In Kaapstad word ’n kanonskoot reeds jare lank elke middag om twaalfuur afgeskiet sodat die Kapenaars hul dinge daarvolgens kan reël.
Horlosies reël sonder twyfel ons lewe soos min ander dinge. Soos iemand dit al so goed opgesom het: Daarsonder is dit onmoontlik om die bedrywighede van groot getalle mense doeltreffend te koördineer, sodat die doelmatigheid van 'n beskawing soos ons s’n onder meer van die betroubaarheid van horlosies afhang.
Dink self maar tydsaam daaroor na. Dis in elk geval nou vir ons tyd om hierdie artikel te beëindig...