Zamanı ölçen aygıtlar
Hareketli parçalardan oluşan ilk mekanik saatler 700 yıl önce yapılmıştır. Ancak, günlük zamanı ölçen ilk araç, bundan çok önceleri 3000 yılı aşkın bir süre önce’ yapılmıştı. Bu araç, büyük bir olasılıkla, Mısırlıların M.Ö. 1450 yılında yapmış oldukları gölge saatidir. Gölge saati, tıpkı güneş saati gibi günlük zamanı gölgenin birtakım işaretler üzerine düşmesiyle ölçmekteydi.
İlk Saat Türleri
Gölge saatini çok kısa bir süre içinde su (1) ve kum saatlerinin yapımı izledi. Bunlarda zaman, su ve kum akışının yol açtığı düzey değişimiyle ölçülürdü.
Sözkonusu saatler Anglo-Sak-sonlar’ın düzenli aralıklarla işaretledikleri mumları zaman ölçmek için kullanmalarına kadar geçerli oldu (2). Ortaçağda saatleri gösteren kadranlı araçlar yapıldı. Bunlar arasında güneş ve yıldız saatleri (3) sayılabilir.
Günümüzde bilinen saatlerin hepsi, bir tür mekanik hareketin düzenli olarak yinelenmesiyle çalışır. XIII. ve XIV. yüzyılın ilk me-
kanik saatleri (5) dişli çarkları aşağı doğru çeken ağırlıklarla* çalışıyordu. Saatin birkaç saniyeden daha fazla çalışabilmesi için ağırlık yavaşça aşağıya salınıyordu. Bunu yapmak için dişlilerden biri (eşap-man çarkı) düzenli aralıklarla durdurulup bırakılıyordu. Saatlerdeki gücü bırakıp kısmayı denetleyen mekanizmaya «eşapman» adı verilir.
İlk saatlerde eşikli eşapman kullanılmıştır. Denge mili üzerine asılı iki ağırlık, eşapman çarkının dişlerine takılıp kurtularak denge milinin sallanmasına yol açmaktaydı. Eşapman çarkının hareketi, bir dizi dişli aracılığıyla saatin yüzündeki tek ibreye iletiliyordu.
Ağırlıklarla çalışan saatlerin kötü yanı taşınamaz olmalarıydı.
XV. yüzyılın ortalarına doğru taşınabilir zemberekli saatler yapıldı.
İlk zemberekli saatler doğru çalışmıyordu. Bu saatlerin bazılarına yelkovan konmuştur, ama, saniyeleri gösteren ibre, sarkacın Bulunmasına kadar hemen hemen hiç bilinmiyordu.
İtalyan bilim adamı Galileo’-nun (1584-1642) önerilerinden etkilenen Hollandall bilim adamı Christian Huygens (1629-1695), 1657 yılında kusursuz bir sallanan sarkaç
için gerekli koşulları belirledi ve bunları bir saate uyguladı. Bu tarihten sonra daha doğru sarkaçlı saatler yapılmıştır.
Sarkaç ve Eşapmana İlişkin Sorunlar
Doğruluk sorunu hâlâ çözülmemiş olarak duruyordu. Sarkaçlar sıcaklık değişmelerinden etkilenerek uzayıp kısalıyorlardı. 1715’ler-de George Graham sıcaklık değişmelerini karşılayabilen ilk sarkaçı yaptı. Bununla birlikte, 300 yıl öncesine kadar saat mekanizmasının en büyük kusuru sarkaçın hareketini engelleyen eşikli eşapman sistemiydi. 1673 yılında yeni tip maşalı eşapman icat edildi (4). Bu tür saatte, küçük bir yay içinde sallanan ağır bir sarkaçla zamanı ölçmede doğruluk sağlandı. Günümüzde bile bazı modern saatlere eşapman takılır.
Başfta bir uygulama da saatlerde, denge mili ve denge zembereğini kullanmaktır (6). Sarmal zembereğin bir ucu sabit tutulur, öteki ucu da denge miline bağlanır. Zemberek, denge mili sallandıkça çözülür ve sarılır.
2) Yağ saati ilk kez
Anglo-Skasonlar arasında bilinen mum saatinin XVI. yüzyılda geliştirilmiş biçimidir. Her ikisinde de saatleri, eriyen yağ yada mum düzeyine göre gösteren bir ölçek vardır.
1) Bu su saati M.Ö.
III. yüzyılda Mısırlılar tarafından yapılan saatten kaynaklanmıştır. Huniden [1| konan su. silindirdeki şamandırayı (2) yükseltir. Bu. saatin ibresini döndüren bir dişli çubuğa bağlanmıştır. Su akım hızı bir durdurucu tarafından ayarlanır [3|. Su düzeyi bir tüp aracılığıyla sabit tutulur.
3) Geceleri zamanı
ölçmek için yıldız sı tl kullanılmıştır. Bu saatin çalışma siste mi çok basitti: Kuze Yıldızı merkezi bir delikten izlenir ve b gösterici Büyükayı’nın iki belirleyici yıl dızına doğru çevriliı
4) Mekanik saatlerin
doğruluğu zembereği yada ağırlığı düzenli olarak boşaltan eşapman mekanizmasına bağlıdır. Sarkaçlı saatteki maşalı eşapman |A] saatin ortasında bir sarkoca bağlı
sallanan maşa vardır. Ana zemberek (burada gösterilmiyorl eşapman çarkını saatin dönme yönünde döndürür. Cark dişi maşanın bir kolunu iter |B| bu itis öteki kolun başka bir dise dokunup IC| kol
eğiminin çarkı hafifçe geri itmesine kadar sürer Bundan sonra, birinci kol çarka dokununca ikinci kol itilir. Bu biçimde ileri geri hareketlerle sarkacın sallanması sağlanır.
S) 1370 yılında Henry de Wyck V. Charles’in Paris’teki sarayı için bir saat yapmakla görevlendirilirdi. Bu. ağırlıklarla çalışan mekanik saatlere güzel bir örnektir. Ağırlıklar aşağıya çektikçe çarkları harekete geçirirler [1). Ana çark [2] eşapman çarkının kollarını hareket ettirir [3], böy-lece milin gidip gelmesi sağlanır [4]. Yukarıdan asılı [5] iki ağırlık gidip gelme oranında ortaya çıkacak değişiklikleri düzenler. Dişliler saat kadranındaki tek ibreyi döndürür. Vurma aygıtına giden ikinci bir dizi çark, akrep ibresi üzerindeki bir pil tarafından harekete geçirilen manivela aracılığıyla çalışır.
Denge zembereği aynı zamanda, 1675 yılında Huygens tarafından da ortaya kondu. Daha sonra Huygens bu zembereği bir saate takarak denizde boylamları saptamada kullanmayı denedi. Ancak zemberekler de sarkaçlar gibi, sıcaklık değişikliklerinden olumsuz yönde etkilendiler. Bu sorunun etkin biçimde John Harrison (1693-1776) tarafından çözülmesi 1753 yılına raslar. Harrison’un 1759’da bir devlet yarışması için yaptığı kronometre, altı haftalık bir deniz yolculuğunda yalnızca beş saniyelik bir sapma yaptı. Doğruluk, değerli taşların saatlerde mil yatağı olarak kullanılmasıyla de geliştirildi. Bu taşlar sürtünmeyi azaltır ve çok zor aşınırlar. Saatlerde yaygın olarak kullanılmış olan (hâlâ da kullanılan) değerli taşlar, yakut ve safirdir.
Saatler XIX. yüzyılın ortalarına kadar çeşitli eşapman sistemleri kullanılarak geliştirilmiştir. XIX. yüzyılın ortalarında artık ma-nivelalı eşapman genellikle kabul edilir olmuştu. Yarım yüzyıl kadar dikkate alınmayan ve 1755’lerde Thomas Mudge tarafından icat edilen bu mekanizmada maşalar, salınmasının büyük bir bölümünde denge milinden ayrı olan manivelaya bağlanır. Sağlam bir manivelayla birlikte uygulanan bu tür
düzenleme zamanı çok doğru biçimde ölçer.
ayrıca bak.
70 Kaldıraçlar ve kamalar
72 Makaralar ve dişliler
Gölge saatleri zama- kuzeyi (güneş kadranı
nı ölçmek için yüzyıl- üzerinde) gösterecek
lor boyu kullanılmış- biçimde ayarlanmalı-
tır. Bunlar öğlen 12’de dır. Eğer duvar
kadranı
kullanılıyorsa bu kez düşey durumda ayarlanmaları gerekir
Modern ve Elektrikli Saatler
Aralarında elektrik motorları aracılığıyla zembereği ve ağırlığı çalıştıranlar da olmak üzere öteki tip saatler, şimdi tam mekanik saatlere rakip olmuştur. Elektrikli saat değişken akımın frekansıyla eşzamanlı çalışan bir motora sahiptir. Elektrik sarkaçlı saatler de sarkacın düzenli sallanımını sağlamak için elektromagnetler kullanılır.
Saatlerde kuvars gibi piezoelek-trik kristalleri de kullanılır. Kristal doğru değişken gerilim elde edilinceye kadar titreşmeye devam eder. Kapalı elektrik devreleri yüksek frekanslı titreşimleri saniyede birkaç titreşime düşürür ve böyle-ce saatin içindeki dişliler kolları çevirir. Bu tür saatler yılda saniyenin onda biri kadar sapmayla zamanı ölçebilirler. Atomların içindeki titreşim enerjisinden yararlanan atom saatleri, zamanı daha da doğru ölçer. Bu tür saatler günümüzde uluslararası zaman standartlarını saptamada kullanılmaktadır (9).
Eşapman mekanizması zemberek [2], denge mili [3] ve eşapman çarkından [41 oluşur. Ana zemberek büyük çarkı [51 döndürür, bu da merkez milini [6] ve merkez dişlisi
[8] ve küçük bir yay
8) Günümüz mekanik
saatlerinde [B] ener-|i ana zemberekten elde edilmektedir [11. Bu enerji bir eşapman mekanizması [Al aracılığıyla düzenli olarak serbest bırakılır.
7) Kuvarz saatleri,
kuvarz kristalinin piezo| elektrik özelliklerinden yararlanır. Bu tür kristaller değişken elektrik akımı devresi ¡cinde belirli bir frekansta titreşirler. Devrenin frekansı kristalin frekansı olur.
Bu kuvarz saatinde kristal akımı büyütülerek elektrik motorunu çalıştırmada kullanılır Motorun çalışmasıyla da saatin vüzünde zaman görülür.
maz, ancak ışınımla magnetize olabilir [B]. Sezyum saatinin [CJ atom çıkaran kazanı [1] vardır. Bu atomların magnetik eksenleri bir magnetik alan tarafından sıralanır. Bir bölümde [2] bu atom-
lar dalgalanan bir alanla karşılaşır ve magnetik çizgi bozulur. Böylece dedektö-re [3] doğru ikinci bir magnetik alan oluşur, verilen sinyaller kuvars kristalli saati denetim altında tutar.
9) Atom saatlerinde
atomun saniyede yaklaşık 10 milyarı bulan titreşimlerle meydana getirdiği frekans aracılığıyla kuvars saatleri düzenlenir. Sezyum atomu [A] normal olarak magnetize ol-
