Horlosie - Gpedia, Your Encyclopedia
Horlosies is instrumente waarvan tyd afgelees kan word. Ander tydmeetkundige instrumente soos die waterhorlosie en die sonwyser word ook onder horlosies gereken. Horlosies is al in gebruik sedert lank voor die geboorte van Christus. Die belangrikste kenmerk van latere horlosies was die slinger en die skommelwieletjie (onrus), wat heen en weer beweeg.
Die oudste meganiese horlosies wat bewaar gebly het, dateer uit die einde van die 14e eeu. Die slingerhorlosie het gedurende die eerste helfte van die 16e eeu sy verskyning gemaak en sedertdien het die horlosienywerheid vinnig ontwikkel. Die ontwikkeling van die draagbare horlosie word gekenmerk deur presisie en miniaturisering. Die eerste draagbare horlosies was tafelhorlosies en sakhorlosies. Na 1800 het die sakhorlosie al hoe meer kompak geword, en met die koms van die polshorlosie (ongeveer 1900) het dit byna heeltemal verdwyn.
Gedurende die 20e eeu is daar naas meganiese frekwensiereëlaars ook elektriese (kwartshorlosies) en atomiese (sesiumatoomhorlosies) frekwensiereëlaars ontwikkel wat baie noukeuriger as alle vorige tydmeetkundige instrumente is. Gedurende die sewentigerjare is die kwartshorlosie ontwikkel, waarvan die modernste ontwerpe nie meer wysers het nie, maar 'n digitale of syfervertoon.
'n Redelik gesofistikeerde sonwyser uit Egipte dateer uit ongeveer 1000 v.C. en is waarskynlik die oudste sonwyser wat bewaar gebly het. Dit bestaan uit 'n lang, horisonale stuk wat in periodes afgemerk is, en 'n vertikale T -stuk wat 'n skadu oor die afgemerkte stuk laat val. 'n Nadeel van hierdie sonwyser is dat dit in die oggend opgestel moet word sodat die afgemerkte stuk na die weste sal wys en in die middag weer omgedraai moet word sodat dit na die ooste wys. Daar is nooit 'n model gevind met 'n T –stuk aan weerskante nie. In II Konings 20:11 word daar na hierdie soorte sonwysers verwys: " ... en Hy het die skaduwee op die grade waarlangs dit op die grade van Agas se sonnewyser gedaal het, laat teruggaan, tien grade agteruit." Tydsberekenaars plaas hierdie gebeurtenis in omstreeks 741 v.C.
Op die manier kon daar moeilik 'n akkurate tydsindeling gemaak word. Die probleem is opgelos toe daar na baie eksperimente gevind is dat die water altyd in dieselfde tempo by die gaatjie sal uitvloei as die wande van die houer 'n hoek van 70 grade het. In Egipte was dit die gebruik om sommige waterhorlosies met melk te vul. Die gode het merk as 'n offerande geëis, en dan was die tydmetery sommer terselfdertyd 'n offerande om die gode tevrede te hou. Sommige waterhorlosies is pragtig versier met beeldhouwerk en inskripsies en die waterhouers het ook soms eienaardige vorms gehad. 'n Waterhorlosie in die vorm van 'n donkie wat uit die Oudheid dateer, word vandag nog in 'n museum in Kaïro bewaar.
Die omgekeerde beginsel is ook soms vir waterhorlosies gebruik. 'n Leë, afgemerkte bak met 'n gaatjie in die bodem het bo-op die water gedryf. Die water het dan deur die gaatjie na binne gesyfer en stadig opgestoot verby die merkies aan die binnekant van die bak wat die ure moes voorstel; na 'n bepaalde tydsverloop was die bak dan vol en het dit gesink. Vandag nog gebruik talle boere in Algerië sulke waterbakhorlosies om die tydsduur van hul waterleibeurt aan te dui. Die ontwikkeling van sonwysers het intussen ook nie stilgestaan nie en heel verfynde instrumente, selfs sakmodelle, is ontwerp. In 600 n.C. het pous Gregorius I opdrag gegee dat daar 'n sonwyser op alle kerke geplaas moes word. Hierdie gebruik is eeue lank voortgesit en baie kerke in Engeland en in Europa wat voor die Renaissance opgerig is, het vandag nag 'n sonwyser teen hul mure. Sonwysers is later nog verder deur die Arabiere verfyn en selfs nadat die eerste meganiese horlosies laat in die 14e eeu in Europa verskyn het, het sonwysers nie verdwyn nie. Hulle is nog op groot skaal gedurende die Renaissance ontwerp, verbeter en vervaardig. Ook die waterhorlosies het met verloop van tyd ingewikkelder geword, en Viturvius (1e eeu n.C.) beskryf 'n waterhorlosie waarvan die waterstand deur middel van 'n ratwerk aan 'n wyser gekoppel was. Dit was die eerste tekens van horlosiemeganika. In Persië is daar reeds in 124 v.C. 'n waterhorlosie ontwerp wat 'n wyserplaat en 'n wyser gehad het. Dit het op presies dieselfde beginsel as alle ander waterhorlosies gewerk, maar die een het 'n swaar stuk hout in gehad wat bo in die bak gedryf het. Die stuk hout is met 'n toutjie aan 'n wyser verbind. Namate die watervlak in die houer gedaal het, het die hout saam gesak en die toutjie het die wyser oor 'n wyserplaat getrek. Sulke waterhorlosies het geleidelik oor die hele Midde-Ooste versprei, maar dit sou nog lank duur voordat hulle in Europa bekend sou word. Sirië het gedurende die eerste eeu na die geboorte van Christus 'n baie groot en spoggerige waterhorlosie aan Athene geskenk. Die mure van hierdie waterhorlosie staan vandag nog in die Griekse hoofstad. Dit was 'n agthoekige toring en op elk van die agt kante was daar 'n sonwyser en afbeeldings wat die verskillende winde voorgestel het. Daar was volgens oorlewering ook 'n ingewikkelde windwyser op die dak. Tot vandag toe word die horlosie die Toring van Winde genoem. Binne-in hierdie toring was daar 'n indrukwekkende waterhorlosie. In die howe van Athene is daar destyds klein waterhorlosies gebruik om aan te dui hoe lank 'n regsgeleerde die hof ter verdediging van sy kliënt mog toespreek. Hierdie gebruik is later ook in die howe van Rome ingestel. Volgens oorlewering het minstens een Romeinse gevangene sy lewe aan 'n waterhorlosie te danke - 'n klein klippie het in die gaatjie van die waterhorlosie beland toe sy advokaat besig was om die hof toe te spreek. Die water het nie uitgeloop nie en die advokaat kon lustig voortpraat. Solank het sy toespraak ter verdediging van die gevangene geduur dat daar intussen nuwe bewysstukke by die hof opgedaag het wat die gevangene se onskuld bewys het. Daar word ook vertel dat Julius Caesar baie verbaas was toe hy besef het dat die sogenaamde barbare teen wie hy in die noorde oorlog gevoer het, ook van waterhorlosies gebruik gemaak het. Deur volksverhuisings en die uitbreiding van die Romeinse Keiserryk het waterhorlosies geleidelik oor Europa versprei.
Volgens ou Middeleeuse geskrifte is 'n brand in 'n Franse klooster een keer geblus met die water van 'n waterhorlosie. Die waterhorlosies is deur die Chinese en die Arabiere verder ontwikkel en in Europa tot in die 16e eeu gebruik. Die Chinees So Loeng (1020-1101) het 'n waterhorlosie beskryf wat bestaan het uit 'n rat (wiel) met 'n aantal bakkies. Sodra 'n bakkie met watervolgeloop het, het die wiel 'n entjie verder gedraai sodat die volgende, leë bakkie onder die watertoevoer beland het. In beginsel het hierdie meganisme reeds in die rigting van die tandratte van latere horlosies gedui. Naas sonwysers en waterhorlosies is verskeie ander tydaanwysers ook gebruik. Die Chinese het onder meer die sogenaamde vuurhorlosie gebruik. Hierdie horlosie het uit 'n lang lont bestaan met 'n aantal metaalballetjies op afgemete plekke.
Namate die lont stadig opgebrand het, het die balletjies losgeraak en een vir een op 'n klok geval. Gedurende die Middeleeue is daar ook van gemerkte kerse gebruik gemaak. Elke ring op 'n afgemerkte kers het ongeveer 'n uur geneem om op te brand. Dit was nie baie betroubaar nie, want selfs net 'n effense trek het die kers natuurlik vinniger laat brand. Olielampe waarin die stand van die olie in die glas-oliehouer afgelees kon word namate die olie opgebrand het, is ook gebruik. Sandlopers het in gebruik gekom nadat 'n monnik in 'n klooster by Chartre gedurende die 8e eeu n.C. die kuns om glas te blaas, herontdek het. Sandlopers het bestaan uit 'n glashouer met twee ruimtes wat met 'n nou gangetjie met mekaar verbind is. 'n Afgemete hoeveelheid sand is in die glashouer verseël en tyd is afgemeet deur die sand deur die gaatjie van die een ruimte na die ander ruimte te laat loop. Die sandlopers is in verskillende groottes gemaak am verskillende hoeveelhede tyd af te meet.
Aanvanklik was daar sandlopers wat 'n kwartier, 'n halfuur, 'n uur en vier uur kon meet. Die sandlopers is veral op die skepe van ontdekkingsreisigers gebruik, meestal om die vaartsnelheid te meet en die duur van die wag aan te dui. Vir laasgenoemde is die vieruursandlopers gebruik. Die mat rose op wag het dit dan ook dikwels 'n uurglas of nagglas genoem. Vir navigasie was dit nodig dat die uurglas presies op die regte oomblik omgedraai moes word om die volgende periode af te meet. Die sandlopers self was baie betroubaar, maar die wagte wat dit gebruik het, nie. Die wagte moes tyd hou en die sandloper omkeer presies op die oomblik dat dit leeggeloop het. Dit het dikwels gebeur dat hulle dit te vroeg of te laat gedoen het en op die manier het daar soms groot navigasiefoute ontstaan. Dit was juis as gevolg van verkeerde tydsberekeninge dat die Portugese seevaarders op pad na die suidpunt van Afrika per ongeluk Suid-Amerika ontdek het.
AI hierdie soorte tydaanwysers was nog nie ware meganiese horlosies nie. Geleerdes, wetenskaplikes en ontwerpers het horlosies 'n paar eeue lank as 'n soort stokperdjie beskou en met die vreemdste en ingewikkeldste ontwerpe vorendag gekom. Hierdie horlosies was meer vir vermaak as vir akkuraatheid bedoel. Die waterhorlosies het al hoe ingewikkelder geword, maar in die meeste gevalle het die kragbron (die water wat dit aangedryf het) net eenvoudig verlore geraak nadat dit een keer deur die meganisme geloop het. Geeneen van die tydmeetkundige instrumente van die jare kort voor en kort na Christus se geboorte kon vanself aanhou werk nie. Die kerse het opgebrand en die sandlopers moes omgedraai word.
Maar die Arabiere het hulle met groot ywer en geesdrif toegespits op die ontwikkeling van waterhorlosies en teen 900 n.C. het sommige van hulle ontwerpe halfoutomatiese eienskappe begin kry. Daar is soms bewegende beeldjies van diere in die horlosies ingebou en daar was selfs meganiese voëltjies wat begin fluit het as die waterhouer leeggeloop het en weer gevul moes word. In China het Tsjang Soei reeds in 700 n.C. 'n waterhorlosie gemaak wat deur 'n hidrouliese wiel aangedryf is. Dit was 'n groot stap vooruit, maar die ontdekking het die Westerse wêreld nie geraak nie en is eers eeue later in Europa "heruitgevind". Karel die Grote van Frankryk was verstom toe die Kalief van Bagdad in 809 n.C. vir hom 'n waterhorlosie met sekere outomatiese eienskappe as geskenk gegee het. Hierdie waterhorlosie het 'n wyserplaat met twaalf deurtjies gehad. Elke uur het een van die deurtjies oopgegaan en het soveel metaalballetjies as die getal ure wat verstryk het, by die deurtjie uitgerol en op 'n klokkie geval, wat dan die uur aangekondig het. Nadat daar twaalf ure verstryk het, het twaalf meganiese soldaatjies die deurtjies weer toegestoot en het die hele proses weer voor begin.
Die eerste meganiese horlosies
Hoe vernuftig die reeds genoemde tydmeters ook al gewees het, was hulle noukeurigheid gering. Dit het eers met die ontwikkeling van die meganiese uurwerk verbeter, waardeur 'n wyser deur middel van 'n ratwerk met 'n meganisme deur 'n gewig voortbeweeg is. Oor die ware oorsprong van hierdie meganiese horlosies is weinig of niks bekend nie. Sommige navorsers meen dat die meganiese horlosie ontwikkel het uit die sterrekundige instrumente wat reeds voor die jaar 1000 by die Arabiere in gebruik was. Hulle het waarskynlik die beginsels waarop hierdie instrumente gewerk het, by die Grieke oorgeneem. Volgens geskiedskrywers is dit egter wel seker dat daar in die tweede helfte van die 13e eeu in Sentraal-Europa meganiese horlosies gemaak is.
Groter noukeurigheid is bereik eers toe die foliomeganisme (die vroeë vorm van echappement wat bestaan het uit 'n dwarsbalkie met verstelbare gewiggies om die ossillasietempo te reguleer) deur 'n slinger vervang is. In 1580, toe Galileo Galilei nog 'n tienerstudent was, het hy in die katedraal van Piza 'n lamp wat aan 'n lang ketting opgehang was en deur die wind heen en weer gewaai is, dopgehou. Hy het opgemerk dat die tyd wat die lamp geneem het om van die een kant na die ander kant deur te swaai, dieselfde gebly het, ondanks die feit dat die uitwyking na albei kante verminder het. Hierdie eenvoudige waarneming het 'n revolusie by die horlosiemakers teweeggebring. Galilei het dadelik self ook met 'n slingerhorlosie begin eksperimenteer, maar dit was Christiaan Huygens wat in 1656 vir die eerste keer daarin geslaag het om 'n werklik bruikbare slingerhorlosie te maak.
In Huygens se horlosie kry die slinger elke keer 'n tikkie of 'n stootjie van die echappement, waardeur dit, ondanks die wrywing, kan aanhou slinger; terselfdertyd sorg die slinger daarvoor dat die echappement by elke slingerslag die ratwerk een tand verder laat deurloop. Hoewel Huygens se pendulum (slinger) teen 'n presiese pas getik het, het dit nie presies een maal per sekonde getik nie. Dit was waarskynlik die Engelse fisikus Robert Hook wat omstreeks 1660 ontdek het dat 'n pendulum met 'n gewiggie onderaan wat presies 39,14duim (99,4cm) lank is presies een keer per sekonde sou tik. Hierdie uitvinding sou sedertdien bekend staan as die Royal Pendulum en die toepassing sou lei tot die ontwikkeling van hoe staanhorlosies, wat aanvanklik sterthorlosies genoem is en waarvan die slinger en gewigte vir die eerste keer heeltemal in 'n kas toegebou is. Alle horlosies het tot in daardie stadium nog net een uurwyser gehad wat (sedert omstreeks 1500) elke twaalf uur een maal in die rondte beweeg het. Na 1680 is 'n minuutwyser ingesluit en tien jaar later het sommige horlosies ook sekondewysers gehad.
Omstreeks 1715 het George Graham (1673-1751) die sogenaamde grahamgang ontwerp wat die slingerbeweging gestabiliseer en dit so ongesteurd moontlik laat verloop het. Omstreeks 1730 het die Fransman Amant die pennegang ontwikkel, wat die slingerbeweging ook so ongesteurd moontlik moes laat verloop. Horlosiemakers het egter die grahamgang verkies en hierdie vorm van echappement bly tot vandag toe vir sekere huishoudelike horlosies in gebruik. 'n Gewone slinger sal as die temperatuur styg, 'n klein bietjie langer word, as gevolg waarvan die uurwerk stadiger sal loop. 'n Temperatuurverandering van 2˚C sal by 'n staal-sekondeslinger van ongeveer 99 cm lank 'n afwyking van een sekonde per dag veroorsaak. Wanneer daar, soos in laboratoriums of in sterrewagte, groter noukeurigheid vereis word, moet daar dus temperatuurkompensasie toegepas word.
Hiervoor het George Graham in 1721 die kwikslinger ontwerp. Die gebruiklike gewig onderaan die slinger het in hierdie geval uit 'n houer met kwik bestaan. By temperatuurveranderinge het die slinger en die kwik soveel in die teenoorgestelde rigting uitgesit dat die swaartepunt van die slinger as geheel op dieselfde plek gebly het. Hierdie soort slinger is baie jare gebruik, veral in sterrekundige horlosies. 'n Tweede metode am die probleem van temperatuurveranderinge te oorkom, was die roosterslinger, wat omstreeks 1726 deur John Harrison (1693- 1776) ontwerp is. Die slinger bestaan uit 'n aantal stawe met verskillende uitsettingskoëffisiënte wat op so 'n manier aanmekaar verbind is dat die uitsetting in beide rigtings mekaar in ewewig hou. Harrison het in 1755 ook nog die sogenaamde bimetaalslinger ontwikkel. Hierdie dun slinger bestaan uit twee metaalstroke wat aan mekaar vasgeheg is maar elk 'n verskillende uitsettingskoëffisiënt het.
As die temperatuur verander, trek die bimetaalslinger 'n bietjie krom, maar die swaartepunt bly op presies dieselfde plek. In die loop van die 17e en 18e eeu het die slingerhorlosie 'n bruikbare tydmeter geword wat selfs 'n belangrike maatskaplike betekenis gekry het. Namate die horlosies noukeuriger begin loop het, is daar opgemerk dat die skynbare beweging van die son deur die hemel (waarop die ware sontyd gegrond was) nie dwarsdeur die jaar konstant is nie. Dit is omdat die aarde nie met 'n konstante snelheid rondom die son beweeg nie. Om die loop van die son aan te pas by die van die horlosie, moes daar oorgegaan word na die sogenaamde middelbare sontyd, wat deur die horlosie aangedui kon word. Ook vir die wetenskap, veral vir die sterrekunde, het die horlosie 'n belangrike instrument geword. Deur die horlosie te koppel aan 'n teleskoop wat in die meridiaanvlak beweeg het, kon die tyd gemeet word waartydens 'n ster deur hierdie vlak beweeg. Hierdie tyd, tesame met die gemete hoogte, het dan die posisie van die ster aangedui.
Hierdie beginsel, waarby die aandrywing van die horlosies nag meganies was, is vir die eerste keer vertoon op die groot Europese ten- toonstellings in Londen (1851) en Parys (1867). Eers in die eerste dekade van die 20e eeu is horlosies gemaak waarvan die uurwerk deur 'n battery aangedryf is. Elektriese energie is in hierdie horlosies gebruik om 'n slinger of onrus deur middel van periodieke impulse in beweging te hou, of om deur middel van 'n elektromagneetjie 'n hefboompie op te tel wat elke keer as dit weer afval, die telwerk aangedryf het. 'n Heeltemal ander beginsel word gebruik in die sinchrone horlosie. Die horlosie bestaan uit 'n elektromotortjie waarvan die snelheid bepaal word deur die frekwensie van die wisselstroom, byvoorbeeld die van huishoudelike elektrisiteit (in Suid-Afrika 50 Hz). Gedurende elke siklus van die wisselstroom voer die motortjie een omwenteling uit.
Die noukeurigste elektromeganiese horlosie is die Shortt-horlosie, wat omstreeks 1920 deur W.H. Shortt ontwikkel is. Die horlosie bestaan uit 'n sogenaamde "meesterhorlosie" en 'n " slaafhorlosie". Die meesterhorlosie bestaan net uit 'n slinger wat een of twee keer per minuut 'n impuls van 'n vallende hefboompie ontvang. Dit gebeur nadat die slaafhorlosie, 'n volledige horlosie met 'n eie slinger en tydaanwyser, 'n elektriese sein na die meesterhorlosie uitgestuur het.
Nadat die slaafhorlosie die sein uitgestuur het, word 'n sinchronisasiesein van die meesterhorlosie na die slaafhorlosie teruggestuur, waardeur die volgende impuls, presies 'n halwe minuut na die vorige impuls, na die meesterslinger teruggestuur kan word. Klein afwykings wat in die slaafhorlosie kan ontstaan, werk in hierdie geval nie kumulatief nie maar word tel kens gekorrigeer. Die beweging van die slinger word nie beïnvloed deur wrywing en slytasie in 'n echappement nie.
Bowendien is die hele apparaat in 'n verseëlde kas ingebou waarin die lugdruk op 'n konstante lae vlak gehou word. In 'n sterrewag sal 'n Shortt-horlosie altyd op 'n plek staan waar die temperatuur so konstant moontlik gehou kan word. Onder hierdie omstandighede kan uitsonderlike noukeurigheid bereik word, met 'n afwyking van hoogstens enkele duisendstes van 'n sekonde per dag.
Die eerste draagbare horlosies het waarskynlik kort na die uitvinding van die spiraalveer vir horlosies, ongeveer 1500, verskyn. Hoewel hul le kleiner was, was hulle nie werklik draagbaar nie omdat hierdie horlosies se gang gereël is deur 'n foliot ('n heen en weerdraaiende dwarsbalkie met gewiggies) en na 1656 deur 'n slinger. 'n Vereiste vir altwee hierdie meganismes was dat die horlosies nie mog beweeg nie. Die ontwikkeling van draagbare horlosies is veral gedurende die 16e en 17e eeu gestimuleer deur die behoefte wat daar in die skeepvaart ontstaan het aan noukeurige horlosies wat rondgedra kon word en selfs op 'n beweegbare vlak, soos 'n skip se dek, gebruik kon word. Robert Hook het die eerste pogings in die rigting aangewend met sy ontwikkeling van die balansveer (ongeveer 1660).
Die Engelse uitvinder John Harrison (1693-1776) het die uitdaging aanvaar en daarop gekonsentreer om 'n balansveer te maak wat onafhanklik van temperatuurveranderinge sou werk. Na sewe jaar se navorsing het hy Chronometer nommer 1, so as hy die horlosie genoem het, ingegee om getoets te word. Dit het nie perfek gewerk nie, maar die Britse Vloot was so beïndruk dat hulle £500 van die beloning aan Harrison toegeken en hom aangemoedig het om weer te probeer. In 1759 het hy Chronometer nommer 4 oorhandig en die was na 'n seereis van 156 dae nie meer as 54 sekondes verkeerd nie. Dit was vir daardie jare so ongelooflik akkuraat dat die Britse Vloot geglo het dat daar 'n gekonkel agter die toets gesit het en hulle het geweier om die beloning toe te ken.
Drie jaar later is die chronometer weer getoets en die keer was die resultate nog beter. Maar die Vloot het nogtans net die helfte van die beloning aan Harrison uitbetaal. Eers in 1773 en na 'n versoekskrif tot die koning het die Vloot die res van die beloning aan die horlosiemaker gegee. Harrison het die temperatuurwisselingsprobleme oorkom deur gebruik te maak van 'n bimetaalkonstruksie. Terselfdertyd het Pierre Ie Roy in Frankryk 'n bimetaalbalanswieletjie ontwerp en gemaak wat tydens temperatuurveranderinge dieselfde traagheidsmoment behou het. In die begin van die 20e eeu is daar van ivarstaal gebruik gemaak. Hierdie staal het so 'n minimale uitsettingskoëffisiënt dat dit nie in ag geneem hoef te word nie.
Verbeteringe in die echappement was nodig om te sorg dat die balans so ongesteurd moontlik kon bly slinger. Hiervoor het George Graham omstreeks 1725 die silindergang ontwikkel en Thomas Mudge (1715- 1794) omstreeks 1755 die ankergang vir gebruik in horlosies. Die verbeterde meganismes was nog steeds gegrond op dieselfde beginsel as die van die grahamgang van slingerhorlosies. Dieselfde ankergang word ook nog deesdae oor die algemeen in meganiese horlosies gebruik. Om die wrywing in die ratwerk te verminder, is daar in die 18e eeu van edelsteenlaertjies gebruik gemaak waarin die ratassies kon loop. 'n Switser wat in Engeland gewoon het, Nicolas Facio de Duillier (1664- 1753), het in 1704 'n metode uitgevind om met diamantboortjies gaatjies in robyne en saffiere te boor sodat hierdie steentjies as laersteentjies gebruik kon word. Die deursnee van die gaatjie of ruspunt vir die as van die balanswiel is omtrent 0,1 mm.
Die hoeveelheid laersteentjies (juwele) wat in 'n horlosie gebruik is, word gewoonlik op die agterkant van die horlosie aangedui. Hoewel die wrywing aan die eindpunt van so 'n balansassie baie gering is, kan dit in die geval van noukeurige horlosies nie buite rekening gelaat word nie. Boonop word die gang van 'n horlosie ook in geringe mate beïnvloed deur die stand; die horlosie loop meer konstant as dit altyd min of meer in dieselfde posisie sou bly. Abraham Louis Perrelet (1729- 1826) het reeds in 1770 'n selfopwenhorlosie gemaak. In die horlosie was daar 'n hefboompie met 'n gewig wat deur die draer in beweging gebring is. Hierdie bewegingsenergie (soos loop of die swaai van 'n arm) word dan gebruik om 'n veer op te wen. Horlosies is aanvanklik met 'n sleuteltjie opgewen, wat aan die einde van die 19e eeu deur 'n permanente opwenknoppie vervang is. Kort hierna het polshorlosies baie gewild geword.
Die moderne outomatiese horlosie is toegerus met 'n gewiggie wat 360 grade in beide rigtings kan draai en daarmee die veer opwen. As gevolg van die konstante veerspanning is die gang van so 'n horlosie ook baie konstant. 'n Gemiddelde polshorlosie tik vyf keer per sekonde of 432 000 keer in 24 uur. In dieselfde tyd beweeg die vliegwiel 540000 keer heen en weer en lê op die manier 'n afstand van net meer as 11 km per dag af. As die wiele van 'n motor dieselfde hoeveelheid kere sou draai as die vliegwiel van 'n horlosie, sou dit binne 'n jaar 400 000 km afgelê het. 'n Motor sou na so 'n reis waarskynlik uitmekaargeval het, maar 'n moderne polshorlosie loop dikwels jare sonder dat dit herstel hoef te word. Moderne polshorlosies dien ook meestal as datumhorlosies. 'n Stophorlosie is gewoonlik 'n sakmodel wat gebruik word vir die meet van betreklik kort tydsdure en nie van die werklike tyd nie.
Kwarts- en atoomhorlosies
In die wetenskap en tegnologie word meer akkuraatheid en stabiliteit vereis van die wyse waarop tyd gehou word as wat meganiese horlosies kan verskaf. Tydsverloop vind gelykmatig plaas en kan gemeet word deur dit met 'n meetbare interval (tussenpoos) te vergelyk wat met 'n presiese frekwensie (ritme) herhaal word. 'n Meganiese horlosie veroorsaak 'n beweging wat herhaal en afgetel word, maar die meganisme daarvan word deur te veel faktore, soos wrywing tussen die ratwerk en die meganiese traagheid daarvan, beïnvloed om die beweging akkuraat te herhaal. 'n Kwartskristal met die vermoë om trillingsaksie akkuraat te herhaal, verskaf 'n betroubaarder standaard waarmee tydsverloop vergelyk kan word.
Die pieso-elektriese eienskappe van die kristal, waardeur 'n klein elektriese spanning oor die kristal ontstaan as druk daarop toegepas word, maak dit moontlik om die kristal in 'n elektroniese stroomkring te gebruik waarmee 'n elektroniese horlosie gebou kan word. 'n Kristal wat tussen twee plaatjies geplaas word, het 'n tweeledige eienskap. Fisieke druk wat op die kristal uitgeoefen word, sal 'n spanning oor die kristal tussen die plaatjies laat ontstaan; en omgekeerd sal 'n elektriese spanning wat op die kristal aangelê word, dit laat reageer asof druk daarop uitgeoefen word. Die reaksie van die kristallaat dit voorkom of dit inkrimp en uitswel (vervorm) wanneer 'n spanning eers aangelê en dan weer verwyder word.
Deur dit te koppel aan 'n spanning wat aanhoudend verander, sal die kristal aanhoudend reageer in ooreenstemming met die frekwensie van die verandering, en die reaksie vind so reëlmatig plaas dat dit as 'n verwysing met 'n hoë mate van presiesheid gebruik kan word. 'n Spanning wat aanhoudend verander, word deur 'n ossillator ontwikkel en 'n kristal wat aan 'n ossillator gekoppel word, sal begin tril teen die frekwensie van die ossillator; en daarna, as gevolg van die kristal se natuurlike reaksie, word die ossillator gedwing om teen die kristal se eie trillingsnelheid te ossilleer. Die trillingsfrekwensie van 'n kristal is omgekeerd eweredig aan sy afmetings, wat beteken dat hoe groter die kristal is, hoe laer is sy frekwensie.
Frekwensies van 100 kHz. en 10 MHz word oor die algemeen vir ossillators in horlosies gebruik. Die frekwensie wat in siklusse per sekonde gemeet word, word met behulp van 'n elektroniese frekwensiedeler verdeel en verminder tot die vereiste getal siklusse per sekonde, waarmee 'n sinchrone motortjie aangedryf word wat die wysers van die horlosie laat beweeg. Horlosies met kwartskristalle daarin is baie akkuraat en dit is nie ongewoon dat 'n gewone polshorlosie afwykings van hoogstens een sekonde of minder per week of per maand toon nie. Moderne horlosies dui ook nie net meer die tyd met wysers aan nie; maar wei met syfers. Die syfers word vertoon met LED's of LCD's, 'n LED (light emitting diode) lyk soos 'n klein ligkolletjie en 'n syfer word met 'n gerangskikte aantal daarvan voorgestel. LCD's (liquid crystal displays) bestaan uit kristalle wat verkleur as 'n elektriese spanning daarop aangelê word en dit word veral gebruik om swart syfers te vorm.
Die kristal in 'n ossillator is gevoelig vir temperatuur en word in 'n spesiale omhulsel verpak wat die temperatuur van die kristal konstant hou. Enige ander moontlike onbetroubaarheid kan veroorsaak word deur die elektroniese komponente wat saam met die kristal in die horlosies gebruik word. 'n Verstelling word gewoonlik voorsien waarmee die frekwensie reggestel kan word as dit verander (dryf). Nog groter noukeurigheid kan bereik word met behulp van 'n atoomhorlosie, waar ook 'n trillingsfrekwensie ontwikkel word en die akkuraatheid en stabiliteit van die herhaling van die siklusse bepaal word deur energietoestande in 'n atoom. Die natuurlike frekwensie waarteen 'n atoom energie opneem of afstaan, hang grotendeels af van die omstandighede bulte die atoom, en daarom kan die frekwensie stabiel bly. Die beginsel van die atoomhorlosie is min of meer dieselfde as die van 'n kwartshorlosie, naamlik dat 'n trilling deur 'n frekwensie afkomstig van 'n ossillator opgewek word, en die ossillator deur die ontwikkelde trilling gedwing word om die siklusse akkuraat te herhaal. Die element sesium se trillingsfrekwensie, wat afkomstig is van sy atome, word die meeste gebruik as frekwensiestandaard.
Die herhaling van siklusse in die sesiumatoomhorlosie vind plaas tussen 9 192,631 770 MHz (dit is 9 192 631 770 maal per sekonde) en in 1967 is internasionaal ooreengekom om dit te gebruik as definisie vir die atoomsekonde. Die trillings afkomstig van sesiumatome ontstaan in 'n trilholte wat in werklikheid 'n houer met sesiumgas daarin is. Die trillings van die gasatome word aan die gang gesit met 'n ossillator wat aan elektrodes verbind is, met die elektrodes in die trilholte. Die gas word daarna deur 'n buis herlei en gerig op 'n sensor wat gevoelig is vir trillings. Die sensor meet die frekwensie van die trillings en is direk gekoppel aan die ossillator sodat dit die ossillator kan dwing om dieselfde frekwensie te handhaaf.
Die rubidiumatoomhorlosie bestaan uit 'n sel met rubidiumdamp daarin en elektromagnete buite om die sel. 'n Ossillator word aan die magnete gekoppel, waarna 'n ligstraal op die damp in die sel gerig word om op 'n liggevoelige sensor te val. Die intensiteit van die lig word deur die trillings van die atome min die rubidiumgas bepaal en deur die sensor gemeet. Die sensor is weer eens aan die ossillator gekoppel om dit te dwing om teen dieselfde frekwensie as die atome te ossilleer, wat in die geval 6 834,682608 MHz beloop. Die atome van waterstof, tallium, magnesium en stowwe soos ammoniak en bariumoksied verskaf eweneens akkurate trillings. Die frekwensies afkomstig van atome word soos die van kwarts verminder om op die konvensionele manier as tyd met wysers of syfervertone aangedui te word.
Atoomhorlosies is te duur vir algemene gebruik en word as 'n sentrale verwysing vir telefoon-, radio- en televisietydseine gebruik. Telefoonsentrales verskaf die tyd en dui deurlopend tydsverloop aan wanneer sekere telefoonnommers geskakel word; dit is akkuraat tot ongeveer 0,1 sekonde. Radiosenders van kommersiële stasies send die tyd uit en wyk tot so min as 0,1 sekonde af. Spesiale tydsenders wat onder meer in plekke soos Rugby, Droitwich (Engeland) en Prangins (Switserland) staan, saai die tyd met 'n pieptoon uit. Hierdie seine wyk slegs met tien duisendstes tot een miljoenste van 'n sekonde af. Die Loran-C-sender saai 'n gekodeerde sein vir navigasiedoeleindes uit en is akkuraat tot minder as een miljoenste van 'n sekonde. Verder is daar 'n langgolfsender, Omega, en satellietsenders wat om die aarde wentel met atoomhorlosies aan boord wat die tyd uitsend. Televisiesenders vertoon die tyd in syfers, of andersins op die skerms van televisie-ontvangstelle.
Aanvanklik was die horlosienywerheid gekonsentreer in die gebied tussen die stede Venesië, Wenen, Augsburg en Innsbruck, maar gedurende die 15e eeu het hierdie nywerheid oor die hele Europa versprei, waar duidelike horlosiesentra ontstaan het. Italië het sy leidende posisie verloor, terwyl horlosiemakery gedurende die 16e en 17e eeu 'n bloeiende nywerheid in Duitsland geword het. Gildes is gestig en besondere streng gehalte-eise is gestel.
Hierdie Duitse gildes se eise was so hoog dat dit aan die einde van die 17e eeu tot 'n verstarring in die nywerheid gelei het. Ander lande soos Engeland, Frankryk en Nederland het toe 'n kans gekry om tot die horlosienywerheid toe te tree. Gedurende die 19e eeu het Engeland die botoon gevoer, maar aan die einde van dieselfde eeu het die Switsers die Europese mark oorheers. Nederland het 'n kort bloeityd belewe maar het na 1800 geheel en al van die toneel verdwyn. Switserland het tot nou die belangrikste horlosievervaardiger gebly (ongeveer 35 % tot 40 % van die wêreldproduksie), gevolg deur Japan (toenemende konkurrensie), die Sowjetunie, die VSA en Frankryk. Die opkoms van kwartshorlosies met digitale vertoon sal die Switserse horlosienywerheid sterk beïnvloed, omdat die Switsers self nie so os die Japanners op die elektronika toegespits is nie.