ساعة البندول

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 17 صور
الموسوعة الحرة
تصميم لساعة بندول من تصميم فينتشنزو فيفياني حوالي عام 1637. لم يتم إكمال الساعة أبداً.
ساعة حائط ألمانية من القرن التاسع عشر من صنع غوستاف بيكر

ساعة البندول هي ساعة تستخدم ثقلًا متأرجحًا يُعرف بالبندول كعنصر أساسي في ضبط الوقت . البندول عبارة عن مذبذب توافقي تقريبي يتأرجح في فترة زمنية تعتمد على طوله، ويقاوم التأرجح بسرعات أخرى. منذ اختراعها عام 1656 على يد كريستيان هويغنز ، مستلهمًا من غاليليو غاليلي ، وحتى ثلاثينيات القرن العشرين، كانت ساعة البندول أدق أنواع الساعات في العالم. [ 1 ] [ 2 ] على مدار القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، كانت ساعات البندول في المنازل والمصانع والمكاتب ومحطات السكك الحديدية بمثابة معايير زمنية أساسية لتنظيم أنشطة الحياة اليومية ونوبات العمل ووسائل النقل العام. وقد سمحت دقتها بالوتيرة السريعة للحياة خلال الثورة الصناعية . [ 3 ] : ص.623 يتم الاحتفاظ بساعات البندول المنزلية، التي تم استبدالها بساعات كهربائية متزامنة أرخص في الثلاثينيات والأربعينيات من القرن العشرين، في الغالب لقيمتها الزخرفية والأثرية .

بما أن ساعات البندول يجب أن تكون ثابتة لتجنب التأثير على حركة البندول، يتم استخدام آليات أخرى في الساعات المحمولة.

تاريخ

أول ساعة بندول، اخترعها كريستيان هويغنز عام 1656

اخترع العالم والمخترع الهولندي كريستيان هويغنز ساعة البندول في 25 ديسمبر 1656. وحصل على براءة اختراع في العام التالي. ووصف هويغنز اختراعه في مخطوطته "هورولوجيوم" (1658). وعهد هويغنز بتصنيع ساعته إلى سالومون كوستر . [ 4 ]

استلهم هيغنز فكرته من دراسات غاليليو غاليلي حول البندولات حوالي عام 1602، والذي اكتشف الخاصية الأساسية التي تجعل البندولات أدوات مفيدة لقياس الوقت، وهي أنها تتأرجح بفترة زمنية ثابتة بغض النظر عن حجم التأرجح. [ 5 ] [ 6 ] في عام 1637، وصف غاليليو لابنه فينتشنزو آليةً تُمكنه من إبقاء البندول متأرجحًا. وقد قام ابنه ببناء جزء من هذه الآلية عام 1649. [ 4 ] [ 7 ]

قبل استخدام البندول في الساعات، كانت دقتها تصل إلى حوالي 15 دقيقة في اليوم. وقد أدى إدخال البندول، وهو أول مذبذب توافقي يُستخدم في ضبط الوقت، إلى زيادة دقتها إلى 15 ثانية في اليوم، [ 8 ] وهو تحسينٌ ساهم في انتشارها السريع. وقد زُوِّدت العديد من ساعات " الفيرج والفولوت " الموجودة آنذاك بالبندول. وبحلول عام 1659، كان صانع الساعات الفرنسي نيكولاس هانيه يصنع ساعات البندول، وكذلك فعل أهاسويروس فرومانتيل في إنجلترا . [ 4 ]

بعض من أدق ساعات البندول: (يسار) ساعة ريفلر المنظمة ، التي كانت بمثابة معيار التوقيت الأمريكي من عام 1909 إلى عام 1929، (يمين) ساعة شورت-سينكرونوم ، وهي أدق ساعة بندول تم تصنيعها على الإطلاق في وقت إنشائها في عشرينيات القرن الماضي. وقد ظلت معيار التوقيت طوال الثلاثينيات.

بسبب آلية التوازن ذات الحافة ، تميزت هذه الساعات المبكرة بتأرجح بندول واسع [ 4 ] يتراوح بين 80 و100 درجة. [4] في تحليله للبندولات عام 1673، في كتابه "Horologium Oscillatorium" ، أوضح هيغنز أن التأرجح الواسع يُفقد البندول دقته، مما يؤدي إلى تغير دورته، وبالتالي معدل الساعة، مع التغيرات الحتمية في القوة الدافعة التي توفرها الحركة . [ 4 ] وقد حفز إدراك صانعي الساعات أن البندولات ذات التأرجحات الصغيرة التي لا تتجاوز بضع درجات فقط هي المتزامنة، على اختراع آلية التوازن المرساة على يد روبرت هوك حوالي عام 1658، [ 4 ] والتي قللت تأرجح البندول إلى ما بين 4 و6 درجات. [ 9 ] وأصبحت آلية التوازن المرساة هي الآلية القياسية المستخدمة في ساعات البندول. بالإضافة إلى زيادة الدقة، سمح تأرجح البندول الضيق لآلية التوازن المرساة لهيكل الساعة باستيعاب بندولات أطول وأبطأ، والتي تتطلب طاقة أقل وتسبب تآكلًا أقل في الحركة. أصبح بندول الثواني (المعروف أيضًا بالبندول الملكي)، الذي يبلغ طوله 0.994 مترًا (39.1 بوصة) ودورته الزمنية ثانيتين، شائع الاستخدام في الساعات عالية الجودة. وأصبحت الساعات الطويلة الضيقة القائمة بذاتها، المبنية حول هذه البندولات، والتي صنعها ويليام كليمنت لأول مرة حوالي عام 1680، والذي ادعى أيضًا اختراع آلية الميزان المرساة، [ 4 ] تُعرف باسم ساعات الجد . وقد أدت الدقة المتزايدة الناتجة عن هذه التطورات إلى إضافة عقرب الدقائق، الذي كان نادرًا في السابق، إلى واجهات الساعات بدءًا من حوالي عام 1690. [ 10 ] [ 4 ]  

أدت موجة الابتكار في صناعة الساعات خلال القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، والتي أعقبت اختراع البندول، إلى إدخال العديد من التحسينات على ساعات البندول. [ 3 ] : ص 624. وقد حلّت آلية الميزان ذات النبضات المميتة، التي اخترعها ريتشارد تاونلي عام 1675 وشاع استخدامها على يد جورج غراهام حوالي عام 1715 في ساعاته الدقيقة "المنظمة"، تدريجيًا محل آلية الميزان ذات المرساة [ 11 ] [ 4 ] ، وهي تُستخدم الآن في معظم ساعات البندول الحديثة. وقد أدى ملاحظة تباطؤ ساعات البندول في فصل الصيف إلى إدراك أن التمدد والانكماش الحراري لقضيب البندول مع تغيرات درجة الحرارة كان مصدرًا للخطأ. وقد تم حل هذه المشكلة باختراع البندولات المعوضة حراريًا. البندول الزئبقي الذي صنعه غراهام في عام 1721 والبندول الشبكي الذي صنعه جون هاريسون في عام 1726. [ 12 ] [ 4 ] مع هذه التحسينات، بحلول منتصف القرن الثامن عشر، حققت ساعات البندول الدقيقة دقة تصل إلى بضع ثوانٍ في الأسبوع.

حتى القرن التاسع عشر، كانت الساعات تُصنع يدويًا على أيدي حرفيين أفراد، وكانت باهظة الثمن. [ 3 ] : ص 625. يدلّ الزخرف الغني لساعات البندول في تلك الفترة على قيمتها كرمز للثراء. وقد طوّر صانعو الساعات في كل بلد ومنطقة في أوروبا أساليبهم المميزة. وبحلول القرن التاسع عشر، ساهم الإنتاج الصناعي لأجزاء الساعات تدريجيًا في جعل ساعات البندول في متناول عائلات الطبقة المتوسطة.

خلال الثورة الصناعية ، اعتمدت وتيرة الحياة المتسارعة وجدولة الورديات ووسائل النقل العام كالقطارات على دقة ضبط الوقت التي أتاحها البندول. [ 3 ] : ص 624. كانت الحياة اليومية تُنظّم حول ساعة البندول المنزلية. وتم تركيب ساعات بندول أكثر دقة، تُسمى منظمات الوقت ، في أماكن العمل ومحطات السكك الحديدية، واستُخدمت لجدولة العمل وضبط الساعات الأخرى. ودفعت الحاجة إلى دقة فائقة في ضبط الوقت في الملاحة الفلكية لتحديد خط الطول على السفن خلال الرحلات البحرية الطويلة إلى تطوير ساعات بندول بالغة الدقة، تُسمى منظمات الوقت الفلكية . استُخدمت هذه الأدوات الدقيقة، المُثبّتة في خزائن الساعات في المراصد البحرية ، والتي تُحافظ على دقتها في جزء من الثانية من خلال رصد عبور النجوم في السماء، لضبط الساعات البحرية على السفن الحربية والتجارية. وابتداءً من القرن التاسع عشر، أصبحت منظمات الوقت الفلكية في المراصد البحرية بمثابة المعايير الأساسية لخدمات توزيع الوقت الوطنية التي كانت تُوزّع إشارات الوقت عبر أسلاك التلغراف . [ 13 ] منذ عام 1909، اعتمد المكتب الوطني الأمريكي للمعايير ( المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا حاليًا ) معيار التوقيت الأمريكي على ساعات بندول ريفلر ، التي بلغت دقتها حوالي 10 مللي ثانية في اليوم. وفي عام 1929، تحول إلى ساعة بندول شورت-سينكرونوم الحرة قبل أن يبدأ تدريجيًا في استخدام معايير الكوارتز في ثلاثينيات القرن العشرين. [ 14 ] [ 15 ] وبخطأ لا يتجاوز ثانية واحدة في السنة، كانت ساعة شورت أدق ساعة بندول منتجة تجاريًا في وقت ابتكارها. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

ظلت ساعات البندول المعيار العالمي لضبط الوقت بدقة لمدة 270 عامًا، حتى اختراع ساعة الكوارتز عام 1927، واستُخدمت كمعيار زمني خلال الحرب العالمية الثانية . وقد ضمّت دائرة التوقيت الفرنسية ساعات البندول إلى مجموعتها من الساعات القياسية حتى عام 1954. [ 21 ] وبدأ استبدال ساعة البندول المنزلية كجهاز ضبط وقت منزلي خلال ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين بالساعة الكهربائية المتزامنة ، التي كانت أكثر دقة في ضبط الوقت لأنها كانت متزامنة مع تذبذب شبكة الطاقة الكهربائية .خلف الستار الحديدي، حيث لم تكن تقنية الكوارتز متاحة، استمرت التجارب على ساعات البندول لفترة أطول بكثير، مع تطورات مماثلة في الدقة: ساعة البندول المتزامنة AChF-3 التي طورها الفيزيائي فيودوسي فيدتشينكو عام 1955 [ 22 ] تتمتع بدقة في نطاق ساعات الكوارتز، وهي أدق ساعة بندول تم إنتاجها على الإطلاق. [ 23 ] قد تكون ساعة ليتلمور، التي بناها إدوارد تي. هول في التسعينيات [ 26 ] (والتي تبرع بها عام 2003 إلى المتحف الوطني للساعات في كولومبيا، بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية)، أدق ساعة بندول تجريبية على الإطلاق. [ 24 ] [ 25 ] أما أكبر ساعات البندول، التي تجاوز طولها 30 مترًا (98 قدمًا) ، فقد بُنيت في جنيف (1972) وغدانسك (2016). [ 27 ] [ 28 ]  

الآلية

آلية نموذج ساعة أنسونيا، حوالي عام 1904

تُسمى الآلية التي تُشغل الساعة الميكانيكية بالحركة. تتكون حركات جميع ساعات البندول الميكانيكية من هذه الأجزاء الخمسة: [ 29 ]

  • مصدر طاقة؛ إما ثقل على حبل أو سلسلة يدير بكرة أو عجلة مسننة، أو نابض رئيسي .
  • نظام تروس ( نظام عجلات ) يزيد من سرعة الطاقة ليتمكن البندول من استخدامها. كما تعمل نسب التروس في هذا النظام على تقسيم سرعة الدوران لتوفير عجلات تدور مرة كل ساعة، ومرة ​​كل 12 أو 24 ساعة، لتحريك عقارب الساعة.
  • آلية ميزان الساعة تُعطي البندول دفعات دقيقة التوقيت للحفاظ على تأرجحه، وتُحرر عجلات سلسلة التروس لتتحرك للأمام مسافة ثابتة مع كل تأرجح. هذا هو مصدر صوت "التكتكة" في ساعة البندول العاملة.
  • البندول، وهو عبارة عن ثقل على قضيب، وهو عنصر ضبط الوقت في الساعة.
  • مؤشر أو قرص يسجل عدد مرات دوران آلية الميزان وبالتالي مقدار الوقت الذي انقضى، وعادة ما يكون وجه ساعة تقليديًا مع عقارب دوارة.

تُسمى الوظائف الإضافية في الساعات، إلى جانب وظيفة ضبط الوقت الأساسية، بالوظائف المعقدة . وقد تتضمن ساعات البندول الأكثر تعقيدًا هذه الوظائف المعقدة:

  • الساعة الدقّية : تدق جرسًا أو جرسًا كل ساعة، ويكون عدد الدقات مساويًا لرقم الساعة. بعض الساعات تُشير أيضًا إلى نصف الساعة بدقات واحدة. أما الأنواع الأكثر تطورًا، والتي تُسمى تقنيًا ساعات الرنين ، فتدق كل ربع ساعة، وقد تُصدر ألحانًا أو نغمات كاتدرائية، وعادةً ما تكون نغمات وستمنستر .
  • أقراص التقويم: تعرض اليوم والتاريخ، وأحيانًا الشهر.
  • قرص مراحل القمر : يُظهر مراحل القمر، وعادةً ما يكون مصحوبًا بصورة مرسومة للقمر على قرص دوار. كانت هذه الأقراص مفيدة تاريخيًا للأشخاص الذين يخططون لرحلات ليلية.
  • قرص معادلة الوقت : استُخدمت هذه الآلية النادرة في العصور القديمة لضبط الساعة بناءً على مرور الشمس فوق الرأس عند الظهيرة. وهي تُظهر الفرق بين الوقت الذي تُشير إليه الساعة والوقت الذي يُشير إليه موقع الشمس، والذي يختلف بمقدار يصل إلى ±16 دقيقة خلال العام.
  • ملحق التكرار : يُكرر رنين الساعة عند الضغط عليه باليد. كان هذا الملحق النادر يُستخدم قبل الإضاءة الاصطناعية لمعرفة الوقت ليلاً.

في ساعات البندول الكهروميكانيكية، مثل تلك المستخدمة في ساعات ماستر الميكانيكية ، يُستبدل مصدر الطاقة بملف لولبي يعمل بالكهرباء ، يُزوّد ​​البندول بالنبضات عبر القوة المغناطيسية ، ويُستبدل نظام الإفلات بمفتاح أو كاشف ضوئي يستشعر وضعية البندول المناسبة لاستقبال النبضة. يجب عدم الخلط بين هذه الساعات وساعات البندول الكوارتزية الحديثة، حيث تقوم وحدة ساعة كوارتز إلكترونية بتحريك البندول. فهذه ليست ساعات بندول حقيقية، لأن ضبط الوقت فيها يتم بواسطة بلورة كوارتز داخل الوحدة، وحركة البندول فيها مجرد محاكاة شكلية.

بندول متأرجح بفعل الجاذبية

بنية آلية البندول: (أ) قضيب؛ (ب) ثقل ؛ (ج) صامولة ضبط؛ (د) زنبرك من شريط معدني؛ (هـ) عكاز؛ (و) شوكة؛ (ح) ميزان الساعة .

تحتوي معظم الساعات على بندول يتكون من ثقل معدني أو كرة متصلة بقضيب خشبي أو معدني. عادةً ما تكون الكرة على شكل عدسة لتقليل مقاومة الهواء . كانت القضبان الخشبية تُستخدم بكثرة في الساعات عالية الجودة لأن الخشب يتميز بمعامل تمدد حراري أقل من المعدن. عادةً ما يُعلق القضيب من إطار الساعة بواسطة زنبرك قصير مستقيم مصنوع من شريط معدني؛ وهذا يمنع عدم الاستقرار الذي قد ينتج عن محور الدوران التقليدي. في ساعات الضبط الأكثر دقة، يُعلق البندول بواسطة حواف معدنية حادة تستند على سطح مسطح من العقيق (معدن صلب يحافظ على سطحه المصقول).

يُحرّك البندول ذراعٌ مُعلّقٌ خلفه مُتصلٌ بقطعة التثبيت في آلية الميزان ، والتي تُسمى "العكاز"، وتنتهي بشوكةٍ تُحيط بقضيب البندول. مع كل تأرجحٍ للبندول، تنفصل عجلة الميزان، ويضغط أحد أسنان العجلة على إحدى الصفائح ، مُولّدًا دفعةً خفيفةً عبر العكاز والشوكة على قضيب البندول للحفاظ على تأرجحه.

معظم الساعات عالية الجودة، بما فيها جميع ساعات الجد، تحتوي على "بندول الثواني"، حيث تستغرق كل تأرجحة ثانية واحدة (تستغرق الدورة الكاملة ثانيتين)، ويبلغ طوله حوالي متر واحد (39 بوصة) من محور الدوران إلى مركز الثقل. أما ساعات الموقد، فغالباً ما تحتوي على بندول نصف ثانية، ويبلغ طوله حوالي 25 سنتيمتراً (9.8 بوصة) . تستخدم بعض ساعات الأبراج بندولات أطول، مثل بندول 1.5 ثانية، الذي يبلغ طوله 2.25 متر (7.4 قدم) ، أو أحياناً بندول ثانيتين، الذي يبلغ طوله 4 أمتار (13 قدم)، وهو المستخدم في ساعة وستمنستر الكبرى التي تضم ساعة بيغ بن .     

يتأرجح البندول بدورة زمنية تتناسب مع الجذر التربيعي لطوله الفعال. بالنسبة للتأرجحات الصغيرة، تكون الدورة الزمنية T ، وهي زمن دورة كاملة واحدة (تأرجحان)، هي

تي=2πلز{\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {L}{g}}}\,}

حيث L هو طول البندول و g هو تسارع الجاذبية الأرضية . تحتوي جميع ساعات البندول على آلية لضبط معدل دقتها. عادةً ما تكون هذه الآلية عبارة عن صامولة ضبط (c) أسفل ثقل البندول، والتي تُحرك الثقل لأعلى أو لأسفل على قضيبه. يؤدي تحريك الثقل لأعلى إلى تقليل طول البندول، وبالتالي تقليل دورته، مما يؤدي إلى تقدم الساعة. في بعض ساعات البندول، يتم الضبط الدقيق باستخدام آلية ضبط إضافية، قد تكون عبارة عن ثقل صغير يُحرك لأعلى أو لأسفل على قضيب البندول. في بعض الساعات الرئيسية وساعات الأبراج، يتم الضبط بواسطة صينية صغيرة مثبتة على القضيب، حيث تُوضع أو تُزال أوزان صغيرة لتغيير الطول الفعال، مما يسمح بضبط معدل الدقة دون إيقاف الساعة.

تزداد دورة البندول قليلاً مع ازدياد عرض (سعة) تأرجحه؛ وهذا ما يُسمى بالخطأ الدائري . يزداد معدل الخطأ مع ازدياد السعة، لذا عندما يقتصر التأرجح على درجات قليلة، يكون البندول شبه متزامن ؛ إذ تكون دورته مستقلة عن تغيرات السعة. لذلك، يقتصر تأرجح البندول في الساعات على درجتين إلى أربع درجات.

تميل زوايا التأرجح الصغيرة إلى السلوك المتزامن بسبب الحقيقة الرياضية المتمثلة في التقريبالخطيئة⁡(x)=x{\displaystyle \sin(x)=x}تصبح هذه المعادلة صالحة عندما تقترب الزاوية من الصفر. بعد إجراء هذا التعويض، تتحول معادلة البندول إلى معادلة مذبذب توافقي، له دورة ثابتة في جميع الحالات. ومع ازدياد زاوية التأرجح، يفشل التقريب تدريجيًا، وتصبح الدورة غير ثابتة.

تعويض درجة الحرارة

بندول الزئبق
بندول كرة القدم

يُعدّ التمدد الحراري أحد أهم أسباب الخطأ في ساعات البندول؛ إذ يتغير طول قضيب البندول قليلاً مع تغير درجة الحرارة، مما يُسبب تغيرات في دقة الساعة. فارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تمدد القضيب، مما يُطيل البندول، وبالتالي تزداد دورته وتتأخر الساعة. وقد استخدمت العديد من الساعات القديمة عالية الجودة قضبان بندول خشبية للحد من هذا الخطأ، لأن الخشب يتمدد بدرجة أقل من المعدن.

كان أول بندول يُصحح هذا الخطأ هو بندول الزئبق الذي اخترعه غراهام عام ١٧٢١، والذي استُخدم في ساعات الضبط الدقيقة حتى القرن العشرين. يتكون هذا البندول من ثقل عبارة عن وعاء يحتوي على معدن الزئبق السائل . تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى تمدد قضيب البندول، ولكن الزئبق في الوعاء يتمدد أيضًا ويرتفع مستواه قليلًا، مما يُحرك مركز ثقل البندول نحو محوره. باستخدام الكمية الصحيحة من الزئبق، يبقى مركز ثقل البندول ثابتًا، وبالتالي تبقى دورته ثابتة، على الرغم من تغيرات درجة الحرارة.

كان البندول الشبكي، الذي اخترعه جون هاريسون حوالي عام 1726، أكثر أنواع البندولات المُعاوَضة حراريًا استخدامًا. يتكون هذا البندول من "شبكة" من قضبان متوازية مصنوعة من معادن ذات معامل تمدد حراري عالٍ، مثل الزنك أو النحاس الأصفر، ومعادن ذات معامل تمدد حراري منخفض، مثل الفولاذ . عند دمج هذه القضبان بشكل صحيح، يُعوِّض تغير طول القضبان ذات التمدد الحراري العالي تغير طول القضبان ذات التمدد الحراري المنخفض، مما يُحقق دورة ثابتة للبندول مع تغيرات درجة الحرارة. ارتبط هذا النوع من البندول بالجودة لدرجة أن نماذج "شبكية" مُقلَّدة تُستخدم غالبًا في ساعات البندول، والتي لا تحتوي في الواقع على وظيفة مُعاوَضة حرارية.

ابتداءً من حوالي عام 1900، كانت بعض الساعات العلمية ذات الدقة العالية تحتوي على بندولات مصنوعة من مواد ذات تمدد منخفض للغاية مثل سبيكة الصلب النيكل إنفار أو السيليكا المنصهرة ، والتي تتطلب تعويضًا ضئيلاً للغاية لتأثيرات درجة الحرارة.

مقاومة الغلاف الجوي

تتغير لزوجة الهواء الذي يتأرجح فيه البندول بتغير الضغط الجوي والرطوبة ودرجة الحرارة. ويتطلب هذا الاحتكاك طاقةً كان من الممكن توجيهها لإطالة الفترة الزمنية بين لفات البندول. تقليديًا، يُصنع ثقل البندول على شكل عدسة انسيابية ضيقة لتقليل احتكاك الهواء، وهو ما يستهلك معظم الطاقة اللازمة لتشغيل الساعة عالية الجودة. في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، كانت البندولات المستخدمة في ساعات الضبط الدقيقة في المراصد الفلكية تُشغَّل غالبًا في حجرة مُفرَّغة من الهواء إلى ضغط منخفض لتقليل الاحتكاك وزيادة دقة عمل البندول بتجنب تغيرات الضغط الجوي. وكان بالإمكان ضبط معدل الساعة بدقة عن طريق تغييرات طفيفة في الضغط الداخلي داخل الغلاف المحكم.

التسوية و"الضربة"

للحفاظ على دقة الوقت، يجب أن تكون ساعات البندول مستوية. إذا لم تكن كذلك، يتأرجح البندول إلى جانب أكثر من الآخر، مما يُخلّ بتوازن آلية الميزان. غالبًا ما يُسمع هذا الخلل بوضوح في صوت دقات الساعة. يجب أن تكون الدقات أو "النبضات" على فترات متساوية تمامًا لتُصدر صوت "تك...توك...تك...توك"؛ أما إذا لم تكن كذلك، وكان الصوت "تك-توك...تك-توك..."، فإن الساعة تكون خارج الإيقاع وتحتاج إلى ضبط مستواها. قد تتسبب هذه المشكلة بسهولة في توقف الساعة عن العمل، وهي من أكثر الأسباب شيوعًا لطلبات الصيانة. يمكن لميزان التسوية أو جهاز ضبط توقيت الساعات تحقيق دقة أعلى من الاعتماد على صوت النبضات؛ غالبًا ما تحتوي منظمات الدقة على ميزان تسوية مدمج لهذه المهمة. عادةً ما تحتوي الساعات القديمة القائمة بذاتها على قواعد مزودة ببراغي قابلة للتعديل لضبط مستواها، بينما تحتوي الساعات الأحدث على آلية ضبط مستوى داخل آلية الحركة. تحتوي بعض ساعات البندول الحديثة على أجهزة "الإيقاع التلقائي" أو "ضبط الإيقاع ذاتي التنظيم"، ولا تحتاج إلى هذا الضبط.

الجاذبية المحلية

ساعة بندول أنسونيا. حوالي عام 1904، سانتياغو، ساعة معلقة من خشب البلوط على شكل خبز الزنجبيل، تعمل لمدة ثمانية أيام مع دقات.

بما أن معدل تأرجح البندول سيزداد مع زيادة الجاذبية، والتسارع الجاذبي المحليز{\displaystyle g}نظرًا لاختلاف خط العرض والارتفاع على سطح الأرض، يجب إعادة ضبط ساعات البندول عالية الدقة للحفاظ على الوقت بعد نقلها. على سبيل المثال، ستفقد ساعة البندول التي نُقلت من مستوى سطح البحر إلى ارتفاع 1200 متر (4000 قدم) 16 ثانية يوميًا. [ 30 ] حتى مع أدق ساعات البندول، فإن نقل الساعة إلى قمة مبنى شاهق سيؤدي إلى فقدانها وقتًا ملحوظًا بسبب انخفاض الجاذبية. [ 31 ] كما تختلف الجاذبية المحلية بنحو 0.5% مع خط العرض بين خط الاستواء والقطبين، حيث تزداد الجاذبية عند خطوط العرض الأعلى نظرًا لشكل الأرض المفلطح . ولذلك، كان لا بد من إعادة معايرة ساعات الضبط الدقيقة المستخدمة في الملاحة الفلكية في أوائل القرن العشرين عند نقلها إلى خط عرض مختلف. 

بندول الالتواء

يُعرف هذا النوع من البندول أيضًا باسم بندول الالتواء الزنبركي، وهو عبارة عن كتلة دائرية (غالبًا أربع كرات على أذرع متقاطعة) معلقة بشريط رأسي من الفولاذ الزنبركي، ويُستخدم كآلية ضبط في ساعات بندول الالتواء . يؤدي دوران الكتلة إلى لفّ وفكّ زنبرك التعليق، حيث تُطبّق نبضة الطاقة على الجزء العلوي من الزنبرك. الميزة الرئيسية لهذا النوع من البندول هي استهلاكه المنخفض للطاقة؛ فمع دورة تتراوح بين 12 و15 ثانية، مقارنةً بدورة بندول التأرجح بالجاذبية التي تتراوح بين 0.5 و2 ثانية، يُمكن صنع ساعات لا تحتاج إلى إعادة تعبئة إلا كل 30 يومًا، أو حتى مرة واحدة في السنة أو أكثر. ولأن قوة الاستعادة تُوفّرها مرونة الزنبرك، التي تتغير بتغير درجة الحرارة، فإنه يتأثر بتغيرات درجة الحرارة أكثر من بندول التأرجح بالجاذبية. تستخدم ساعات الالتواء الأكثر دقة زنبركًا من الإلينفار ، الذي يتميز بمعامل مرونة حراري منخفض.

تُسمى ساعة البندول الالتوائي التي لا تحتاج إلى تعبئة إلا مرة واحدة سنويًا أحيانًا " ساعة 400 يوم" أو " ساعة الذكرى السنوية "، وتُقدم أحيانًا كهدية زفاف . كما تُستخدم البندولات الالتوائية في الساعات "الدائمة" التي لا تحتاج إلى تعبئة، حيث يُحافظ على زنبركها الرئيسي مشدودًا بفعل تغيرات درجة الحرارة والضغط الجوي بواسطة منفاخ. ومن الأمثلة على ذلك ساعة "أتموس" التي تستخدم بندولًا التوائيًا بفترة تذبذب طويلة تبلغ 60 ثانية.

ميزان السرعة

رسم متحرك لآلية ميزان الساعة ، وهي إحدى أكثر آليات الميزان شيوعًا المستخدمة في ساعات البندول.

آلية الميزان هي وصلة ميكانيكية تحول قوة تروس الساعة إلى نبضات تُبقي البندول متأرجحًا ذهابًا وإيابًا. وهي الجزء المسؤول عن صوت "التكتكة" في ساعة البندول العاملة. تتكون معظم آليات الميزان من عجلة ذات أسنان مدببة تُسمى عجلة الميزان ، والتي تُدار بواسطة تروس الساعة، وأسطح تدفعها هذه الأسنان تُسمى الصفائح . خلال معظم تأرجح البندول، تُمنع العجلة من الدوران لأن أحد أسنانها يستقر على إحدى الصفائح؛ وتُسمى هذه الحالة "حالة القفل". مع كل تأرجح للبندول، تُحرر إحدى الصفائح سنًا من أسنان عجلة الميزان. تدور العجلة للأمام مسافة ثابتة حتى يعلق سن على الصفيحة الأخرى. تسمح هذه التحريرات لتروس الساعة بالتقدم مسافة ثابتة مع كل تأرجح، مما يُحرك العقارب للأمام بمعدل ثابت، يتحكم فيه البندول.

على الرغم من ضرورة وجود آلية الميزان، إلا أن قوتها تعيق الحركة الطبيعية للبندول، وفي ساعات البندول الدقيقة، كان هذا غالبًا العامل المحدد لدقة الساعة. وقد استُخدمت آليات ميزان مختلفة في ساعات البندول على مر السنين في محاولة لحل هذه المشكلة. في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، كان تصميم آلية الميزان في طليعة التطورات في مجال ضبط الوقت. وكانت آلية الميزان ذات المرساة (انظر الرسوم المتحركة) هي الآلية القياسية المستخدمة حتى القرن التاسع عشر، عندما حلت محلها نسخة محسّنة، وهي آلية الميزان ذات النبضات المتسارعة ، في الساعات الدقيقة. وهي تُستخدم في جميع ساعات البندول تقريبًا اليوم. أما آلية إعادة التدوير ، وهي آلية زنبركية صغيرة تُعاد لفها على فترات زمنية محددة، وتعمل على عزل آلية الميزان عن القوة المتغيرة لعجلة التروس، فقد استُخدمت في عدد قليل من الساعات الدقيقة. في ساعات الأبراج، يجب أن تُدير عجلة التروس العقارب الكبيرة على وجه الساعة الموجود على الجزء الخارجي من المبنى، ويُشكل وزن هذه العقارب، المتغير مع تراكم الثلج والجليد، حملاً متغيراً على عجلة التروس. استُخدمت آليات التوازن التي تعمل بالجاذبية في ساعات الأبراج.

بحلول نهاية القرن التاسع عشر، استُخدمت آليات ميزان متخصصة في أدق الساعات، والتي تُعرف باسم الساعات الفلكية المنظمة ، والتي استُخدمت في المراصد البحرية ولأغراض البحث العلمي. وكانت آلية ميزان ريفلر، المستخدمة في ساعات كليمنس-ريفلر المنظمة، دقيقةً إلى 10 مللي ثانية في اليوم. كما طُوّرت آليات ميزان كهرومغناطيسية، تستخدم مفتاحًا أو أنبوبًا ضوئيًا لتشغيل مغناطيس كهربائي لولبي لإعطاء البندول دفعةً دون الحاجة إلى وصلة ميكانيكية. وكانت ساعة شورت-سينكرونوم، وهي ساعة كهروميكانيكية معقدة ذات بندولين، طُوّرت عام 1923 على يد دبليو إتش شورت وفرانك هوب-جونز ، أدق ساعة بندول، إذ بلغت دقتها أفضل من ثانية واحدة في السنة. وكان بندول تابع في ساعة منفصلة موصولًا بدائرة كهربائية ومغناطيسات كهربائية ببندول رئيسي في خزان مفرغ من الهواء. وكان البندول التابع يؤدي وظائف ضبط الوقت، تاركًا البندول الرئيسي يتأرجح دون أي تأثير يُذكر من المؤثرات الخارجية. في عشرينيات القرن العشرين، أصبح جهاز Shortt-Synchronome لفترة وجيزة المعيار الأعلى لضبط الوقت في المراصد قبل أن تحل ساعات الكوارتز محل ساعات البندول كمعايير دقيقة للوقت.

مؤشر الوقت

يعتمد نظام العرض في معظم الساعات على الميناء التقليدي ذي العقارب المتحركة للساعات والدقائق. تحتوي العديد من الساعات على عقرب ثالث صغير يشير إلى الثواني على ميناء فرعي. تُصمم ساعات البندول عادةً ليتم ضبطها بفتح غطاء الميناء الزجاجي وتحريك عقرب الدقائق يدويًا حول الميناء إلى الوقت الصحيح. يُثبّت عقرب الدقائق على غلاف احتكاكي منزلق يسمح له بالدوران على محوره. أما عقرب الساعات، فلا يُحرّك بواسطة مجموعة التروس ، بل بواسطة محور عقرب الدقائق عبر مجموعة صغيرة من التروس، لذا فإن تدوير عقرب الدقائق يدويًا يضبط عقرب الساعات أيضًا.

الصيانة والإصلاح

تتميز ساعات البندول بطول عمرها وعدم حاجتها إلى الكثير من الصيانة، وهذا أحد أسباب شعبيتها.

كما هو الحال في أي آلية ذات أجزاء متحركة، يلزم التنظيف والتشحيم المنتظم. وقد طُوّرت مواد تشحيم خاصة منخفضة اللزوجة للساعات، ومن أكثرها استخداماً زيت البولي ألكانوات الاصطناعي .

قد تتلف النوابض والدبابيس أو تنكسر بمرور الوقت، وسيتعين استبدالها.

الأنماط

ساعة ألمانية ذات منظم زمني لمدة عام واحد. حوالي عام 1850

لم تكن ساعات البندول مجرد أدوات عملية لقياس الوقت، بل كانت، نظرًا لارتفاع ثمنها، رمزًا للمكانة الاجتماعية يعكس ثراء وثقافة مالكيها. وقد تطورت في أنماط تقليدية متعددة، خاصة بكل بلد وعصر، فضلًا عن استخدامها المقصود. وتعكس أشكال علبها إلى حد ما أنماط الأثاث الشائعة في تلك الفترة. غالبًا ما يستطيع الخبراء تحديد تاريخ صنع الساعة العتيقة بدقة تصل إلى بضعة عقود من خلال اختلافات طفيفة في علبها ووجوهها. وفيما يلي بعض الأنماط المختلفة لساعات البندول:

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ميلهام، ويليس آي. (1993) [1945]. الوقت وحراس الوقت . نيويورك: ماكميلان. ص  330، 334. ISBN 0-7808-0008-7.
  2. ↑ ماريسون، وارن (1948). "تطور ساعة الكوارتز البلورية" . مجلة بيل سيستم التقنية . 27 (3): 510-588 . Bibcode : 1948BSTJ...27..510M . doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 مايو 2007.
  3. 1 2 3 4 مايسي، صموئيل ل. (1994). موسوعة الزمن . نيويورك: دار غارلاند للنشر. ISBN 0815306156.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 أندروز، دبليو جيه إتش. الساعات: القفزة نحو الدقة في مايسي، صموئيل (1994). موسوعة الزمن . تايلور وفرانسيس. الصفحات 123-125 . ISBN  978-0-8153-0615-3.
  5. ↑ "ساعات هيغنز" . قصص . متحف العلوم، لندن، المملكة المتحدة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-10-2007 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14-11-2007 .
  6. ↑ "ساعة البندول" . مشروع غاليليو . جامعة رايس . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 ديسمبر 2007 .
  7. ↑ يمكن رؤية نموذج حديث مُعاد بناؤه في "ساعة البندول التي صممها غاليليو، رقم القطعة 1883-29" . قياس الوقت . متحف العلوم، لندن، المملكة المتحدة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 أكتوبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 نوفمبر 2007 .
  8. ↑ بينيت، ماثيو؛ وآخرون (2002). "ساعات هيغنز" (ملف PDF) . معهد جورجيا للتكنولوجيا. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 ديسمبر 2007 . ، ص.3، نُشر أيضًا في وقائع الجمعية الملكية في لندن ، A 458 ، 563-579
  9. ↑ هيدريك، مايكل (2002). "أصل وتطور آلية ميزان الساعة المرساة" . مجلة أنظمة التحكم . 22 (2). معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين: 41. رمز Bibcode : 2002ICSys..22b..41H . doi : 10.1109/37.993314 . مؤرشف من الأصل في 25 أكتوبر 2009. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2007 .
  10. ↑ ميلهام 1945، ص 190
  11. ↑ ميلهام 1945، ص 181، 441
  12. ↑ ميلهام 1945، الصفحات 193-195
  13. ↑ ميلهام 1945، ص 83
  14. ↑ "ثورة في ضبط الوقت" . خدمات الوقت والتردد، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. 30 أبريل 2002. مؤرشف من الأصل في 28 مايو 2007. تم الاطلاع عليه في 29 مايو 2007 .
  15. ↑ سوليفان، د.ب. (2001). "قياس الزمن والتردد في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا: المئة عام الأولى" (ملف PDF) . ندوة IEEE الدولية للتحكم في التردد لعام 2001. المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27 سبتمبر 2011.
  16. ↑ جونز، توني (2000). تقسيم الثانية: قصة الزمن الذري . الولايات المتحدة: مطبعة سي آر سي. ص 30. ISBN  978-0-7503-0640-9.
  17. ↑ ميلهام، ويليس آي. (1945). الوقت وحراس الوقت . نيويورك: ماكميلان. ص 615. 
  18. ↑ ماريسون، وارن (1948). "تطور ساعة الكوارتز البلورية" . مجلة بيل سيستم التقنية . 27 (3): 510-588 . Bibcode : 1948BSTJ...27..510M . doi : 10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x . مؤرشف من الأصل بتاريخ 17 يوليو 2011.
  19. ↑ "ساعات ريفلر وشورت" . معهد جاغير للوقت والتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-12-2009 .
  20. ↑ بيتس، جوناثان (22 مايو 2008). "بيان الخبير، القضية رقم 6 (2008-2009) ويليام هاميلتون شورت، الجهة التنظيمية" . جلسة استماع ترخيص التصدير، لجنة مراجعة تصدير الأعمال الفنية والأشياء ذات الأهمية الثقافية . مجلس المتاحف والمكتبات والمحفوظات في المملكة المتحدة. مؤرشف من الأصل (ملف DOC) في 25 أكتوبر 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 ديسمبر 2009 .
  21. ↑ أودوان، كلود؛ برنارد غينو؛ ستيفن لايل (2001). قياس الزمن: الزمن، والتردد، والساعة الذرية . المملكة المتحدة: مطبعة جامعة كامبريدج. ص 83. ISBN  0-521-00397-0.
  22. ↑ فيدتشينكو، ف.م. (يوليو-أغسطس 1957). "الساعة الفلكية AChF-1 ذات البندول المتزامن" . علم الفلك السوفيتي . 1 (5). الأكاديمية السوفيتية للعلوم: 637-647 . ISSN 1063-7729 . تاريخ الاسترجاع: 19 سبتمبر 2025 .  مؤرشف: نظام بيانات ناسا الفلكية
  23. ↑ المتعة، مايرون (1973). "ساعة فيدتشينكو". مجلة علم الساعات . 116 (3): 3– 7.
  24. ↑ كينيدي، مايف (7 مايو 2003). "مجموعة ساعات تاريخية لعالم معروضة للبيع" . صحيفة الغارديان . لندن: سكوت ترست المحدودة . تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2017 .
  25. ↑ مامفورد، برايان (نوفمبر 2005). "بعض الأفكار حول ساعة ليتلمور" (ملف PDF) . نشرة علوم الساعات . الرابطة الوطنية لهواة جمع الساعات: 20-22 . تاريخ الاسترجاع: 18 مارس 2017 .
  26. ↑ هول، إي تي (يونيو 1996). "ساعة ليتلمور" . علم الساعات . الرابطة الوطنية لهواة جمع الساعات. ص. شكل 7ب. 
  27. ^ جيلبو، جيرار. "جنيف [ جنيف ] " (بالفرنسية). باتريموين-ساعة . تم الاسترجاع في 11 فبراير 2024 .
  28. ^ جيرزويسكي ، أندريه (29 يونيو 2023). "Rusza konkurs na nową nazwę dla rekordowego zegara z Muzeum Nauki Gdańskiej [ بدأت مسابقة للحصول على اسم جديد للساعة القياسية من متحف غدانسك للعلوم ] " (خبر صحفى) (باللغة البولندية). متحف غدانسك . تم الاسترجاع في 11 فبراير 2024 .
  29. ↑ ميلهام 1945، الصفحات 74، 197 – 212
  30. ↑ أرنستين، والت. "بندول الجاذبية وغرائبه في علم الساعات" . مقالات مجتمعية . موقع Timezone.com . تاريخ الاسترجاع: 1 أبريل 2011 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  31. ^ جور ، جيف. ألكسندر فان أوديناردن (15 يناير 2009). “طبيعة الين واليانغ” (PDF) . طبيعة . 457 (7227). ماكميلان: 271– 2. بيب كود : 2009Natur.457..271G . دوى : 10.1038/457271 أ. بميد 19148089 . S2CID 205043569 . تم الاسترجاع 2009-07-22 .