Časovnik

Klasičan sat sa železničke stanice.

Švajcarski železnički sat.

Sat Šepard gejta u Griničkoj opservatoriji.

Časovnik ili sat je instrument za merenje vremena. (Obično, za merenje vremena u intervalima manjim od dana – u suprotnom kalendar.) Satovi koji se koriste u tehničke svrhe, ili sa izuzetno velikom preciznošću se ponekad nazivaju hronometri. Sat u svojoj najčešćoj modernoj formi (u upotrebi od 14. veka) pokazuje sate (časove), minute, a ponekad i sekunde u periodu od 12 ili 24 sata.

Časovnik je jedan od najstarijih ljudskih izuma, koji zadovoljava potrebu merenja intervala vremena kraćih od prirodnih jedinica: dana, lunarnog meseca, i godine. Uređaji koji rade na bazi više fizičkih procesa se već milenijumima koriste. Sunčani časovnik pokazuje vreme putem prikazivanja pozicije senke na ravnoj površini. Postoji čitav niz vremenskih merila, dobro poznati primer je peščani časovnik. Vodeni časovnici, zajedno sa sunčanim časovnicima su verovatno najstariji instrumenti za merenje vremena. Do znatnog napretka je došlo sa izumom otpuštanja krunskog točka, čime je omogućen nastanak prvih mehaničkih časovnika oko 1300. godine u Evropi, koji su merili vreme pomoću oscilujućih merača vremena kao što su balansni točkovi. Opružni satovi su se pojavili tokom 15 veka. Tokom 15. i 16. veka, zanat pravljenja satova je cvetao. Do sledećeg napretka u tačnosti je došlo nakon 1656. godine sa izumom sata sa klatnom. Glavni podsticaj poboljšanju tačnosti i pouzdanosti satova bio je značaj preciznog vođenja vremena pri navigaciji. Električni sat je bio patentiran 1840. godine. Razvoj elektronike u 20. veku doveo je do časovnika bez mehaničkih delova.

Elemenat za merenje vremena u svakom savremenom satu je harmonijski oscilator, fizički objekat (rezonator) koji vibrira ili osciluje na datoj frekvenciji. Taj objekat može da bude klatno, zvučna viljuška, kvarcni kristal, ili vibracije elektrona u atomima pri njihovom emitovanju mikrotalasa. Analogni satovi obično pokazuju vreme koristeći uglove. Digitalni časovnici prikazuju numeričku reprezentaciju vremena. Obično se koriste dva digitalna formata prikaza kod digitalnih satova: 24-časovna notacija i 12-časovna notacija. Većina digitalnih časovnika koristi elektronske mehanizme i LCD, LED, ili VFD displeje. Zbog praktičnosti, daljinski, telefonski, ili satovi za slepe, su slušni satovi koji prikazuju vreme kao zvukove. Isto tako postoje časovnici za slepe koji imaju displej koji se može pročitati koristeći osećaj dodira. Neki od njih su slični normalnim analognim displejima, ali su konstruisani tako da se kazaljke mogu osetiti bez uzrokovanja oštećenja. Evolucija tehnologije satova se nastavlja i danas. Studija merenja vremena je poznata kao horologija.

Istorija

Replika starog kineskog sata sa štapićem tamjana

Sat je jedan od najstarijih ljudskih pronalazaka. U principu, potrebno je znati osnovne fizičke procese koji se ponavljaju s određenom učestalošću, i način da se izmeri koliko taj proces traje. Kao što se godišnja doba i faze meseca mogu iskoristiti za merenje protka određenih dužih perioda vremena, tako se i kraći periodi mogu koristiti za merenje sati i minuta. Sunčani sat, koji meri vreme dana pomoću smera senke koju baca određeni predmet osvetljen suncem, bio je dobro poznat u drevnim vremenima. Kandila i štapići tamjana koji gore predvidivom brzinom takođe su korišćeni kao satovi. Peščani satovi merili su vreme prolaskom sitnog peska kroz uzani otvor na staklenoj posudi.

Sat na Big Benu, London, Engleska. Osoba visoka 5 stopa i 4 inča (1,63 m) koja pokazuje oznaku za 6 sati ubačena je u sliku u prirodnoj veličini. Kazaljka za sate je duga 9 stopa (2,7 m) a kazaljka za minute 14 stopa (4,3 m)

Istoričar Vitruvije izveštava da su stari Egipćani koristili klepsidru, vremenski mehanizam koji radi na vodu. Istoričari se ne slažu o poreklu „Antikitera mehanizma“ (satnog mehanizma pronađenog kraj grčkog ostrva Antikitera, za koji se veruje da potiče iz 87. p. n. e.) ali se smatra da je to bio rani mehanički sat. Do 9. veka p. n. e. mehanički satovi nisu imali uspinjač. Postoji beleška da je 1176. u katedrali Sens instaliran „orolog“ (od grkih reči hora, sat, i legein, govoriti) – reč koja se u Francuskoj još upotrebljava za velike satove. Ova reč navela je naučnike da veruju da ovi satovi na kulama nisu imali kazaljke i brojčanike, već su „govorili“ vreme zvučnim signalima kao što su zvona.

Prvi prilično tačni časovnici su satovi na tornjevima iz 13. veka izrađeni za kaluđere u Severnoj Italiji (a možda su ih oni i napravili). Korišćeni su da objavljuju „kanonske sate“ u intervalima između molitvi. „Kanonski satovi“ su se razlikovali po dužini vremena, i menjali su se s promenama izlaska i zalaska sunca.

Smatra se da je prvi sat sa zvučnim odbrojavanjem sati izumeo Čang Jeong-Sil, glavni inženjer Koreje, za vreme kralja Džoseona. Nazvan je Chagyongru, što na korejskom znači „sat s odbrojavanjem“. [1] [2]

Najraniji stoni satovi koji su preživeli do danas su satovi iz sredine 16. veka iz metalurških gradova Nirnberga i Augzburga. Ovi satovi imali su samo jednu kazaljku. Brojač sati je bio podeljen na četiri jednaka dela, tako da je sat mogao da pokazuje vreme od 15 minuta.

Sat sa klatnom

Sledeći značajan razvoj u preciznosti javio se 1657. s pronalaskom sata s klatnom. Još ranije je Galilej imao ideju da iskoristi njišuće klatno za pokretanje satnog mehanizma. Kristijan Hajgens se, međutim, obično smatra za pronalazača. On je napravio matematičku formulu odnosa dužine klatna i vremena (99,38 cm ili 39,13 inča za jednu sekundu vremena) i dao da se prvi takav sat napravi. Engleski sajdžija Viljem Klement je 1670. napravio „uspinjač sa sidrom“, za razliku od Hajgensovog „uspinjača sa krunom“. Za nepunu generaciju dodate su i kazaljke za minute i sekunde.

Uzbuđenje zbog sata s klatnom privuklo je pažnju dizajnera koji su napravili razne oblike satova. Napravljeno je kućište za smeštanje sata s klatnom. Engleski sajdžija Viljem Klement je izmislio ovo kućište 1670. Otprilike u isto vreme kućišta su počela da se izrađuju od drveta s licem od staklenog emajla. Eli Teri je 17. novembra 1797. prvi patentirao sat. On je poznat kao osnivač američke industrije satova.

Razvoj elektronike u 20. veku doveo je do satova bez ikakvog satnog mehanizma. Vreme na ovim satovima merilo se na razne načine, na primer pomoću kvarcnih kristala ili raspadanjem radioaktivnih elemenata. Čak su i mehanički satovi napajani baterijama, čime je navijanje sata postalo suvišno.

Kvarcni časovnik

Piezoelektrična svojstva kristalnog kvarca su otkrili Žak i Pjer Kiri 1880. godine. Prvi kristalni oscilator je izumeo 1917. godine Aleksander Nikolson nakon čega je prvi kvarcni kristalni oscilator izgradio Valter G. Kadi 1921. godine. Godine 1927. prvi kvarcni časovnik su napravili Voren Marison i Dž. V. Horton pri Belovim telefonskim laboratorijama u Kanadi. Naredne decenije osvedočile su razvoj kvarcnih časovnika kao uređaja za precizno merenje vremena u laboratorijskim uslovima, sa glomaznom i delikatnom elektronikom za prebrojavanje. Oni su bili napravljeni od vakuumskih cevi, što je ograničavalo njihovu primenu drugde. Nacionalni biro za standarde (sad NIST) bazirao je vremenski standard Sjedinjenih Država na kvarcnim satovima od kraja 1929. godine do 1960-ih, kad se prešlo na atomske časovnike. Godine 1969, Seiko je proizveo Prvi svetski kvarcni ručni sat, Astron. Njihova inherentna tačnost i niska cena proizvodnje doveli su do naknadne proliferacije kvarcnih časovnika i ručnih satova.

Atomski časovnik

Od 2010-ih, atomski časovnici su najprecizniji postojeći časovnici. Oni su znatno precizniji od kvarcnih časovnika, pošto njihova preciznost ide do u nekoliko sekundi u više hiljada godina. Atomske časovnike je prvi teoretski razmotrio Lord Kelvin 1879. godine. Tokom 1930-ih razvoj magnetne rezonance kreirao je praktičan metod da se napravi takav časovnik. Prototip amonijačnog mazer uređaja je bio izgrađen 1949 u SAD Nacionalnom birou za standarde (NBS, sadašnjem NIST). Mada je bio manje tačan od postojećih kvarcnih satova, on je omogućio dokazivanje koncepta. Prvi precizni atomski časovnik, cezijumski standard baziran na određenim prelazima atoma cezijum-133, izradio je Luj Esen 1955. godine u Nacionalnoj fizičkoj laboratoriji u UK. Kalibracija cezijumskog standardnog atomskog sata izvršena je upotrebom astronomske vremenske skale efemernog vremena (ET). Godine 2013, najstabilniji atomski časovnici su bili iterbijumski časovnici, koji su stabilni do u manje od dva dela u 1 kvintilionu (6982200000000000000♠2×10⁻¹⁸).

Tipovi

Časovnici se mogu klasifikovati po načinu na koji pokazuju vreme i po načinu na koji mere vreme.

Sat sa klatnom, Muzej Hercegovine Trebinje

Podela časovnika prema načinu pokazivanja vremena

Analogni časovnici

Analogni satovi pokazuju vreme kao ugao između dve kazaljke. Najčešće lice sata koristi fikni brojčanik i pokretne kazaljke. Obično ima kružnu skalu od 12 sati, koja služi i kao skala od 60 minuta, a često i kao skala od 60 sekundi. Prvi analogni sat je sunčani sat, koji neprestano prati sunce, registrujući vreme pomoću senke gnomona, indikatora.

Digitalni radio sat

Digitalni časovnici

Digitalni satovi pokazuju vreme kao brojeve. Na digitalnim satovima koriste se dva formata numeričkih displeja:

• 24-časovna notacija sa satima od 00–23;
• 12-časovna notacija sa AM/PM indikatorom, sa satima prikazanim kao 12AM, iza kojih slede 1AM–11AM, zatim 12PM, iza kojih slede 1PM–11PM (notacija koja se najčešće koristi u Sjedinjenim Državama).

Većina digitalnih satova koristi LCD ili LED displej; mada se koriste i druge tehnologije prikazivanja: (katodne cevi, nixie tubes, itd.). Posle resetovanja, zamene baterija ili gubitka energije, digitalni satovi bez mogućnosti čuvanja podataka ili ponovo počnu da mere vreme od 00:00, ili staju na 00:00, uz treptanje brojeva što je znak da vreme treba da se ponovo podesi.

Zvučni časovnici

Zbog potreba telefoniranja ili za slepe osobe, postoje satovi koji vreme pokazuju zvukom, ili govornim jezikom (npr: „Sada je tačno dvanaest sati i trideset pet minuta), ili zvučnim signalima (npr. broj udaraca zvona pokazuje koliko je sati u tom trenutku).

Tekstualni časovnici

Tekstualni satovi pokazuju vreme vizuelno u formi jezika. Na primer, na engleskom, 12:35 može se prikazati kao "Twelve thirty-five". Neke verzije ovih satova koriste mnogo približnije merenje, na primer, „Oko dvanaest i trideset“

Podela časovnika prema načinu merenja vremena

Mehanički mehanizam časovnika.

Najveći broj satova je sagrađen oko neke vrste oscilatora, koji menja položaj u beskrajnom nizu periodičnih promena, koje omogućavaju trajnu i stabilnu referentnu frekvenciju. Periodi ovog oscilatora se broje i konvertuju u određeno vreme na satu.

• Mehanički časovnici koriste klatno kao oscilator, koji kontroliše rotaciju niza zupčanika koji mere vreme.
• Kristalni časovnici koriste elektronski kvarcni kristalni oscilator i delitelj frekvencija ili brojač. Većina kristalnih satova s baterijskim napajanjem koristi oscilator od 2¹⁵ Hz = 32.768 kHz.
• Atomski satovi koriste mikrotalasni oscilator (maser) podešen izmenama energije elemenata kao što su cezijum, rubidijum ili vodonik. Oni su najprecizniji satovi. Atomski satovi na cezijumu se danas koriste kao zvanični merioci jedinica vremena.
• Električni časovnici mere periode od 50 ili 60 herca naizmenične struje, čijom stabilnom prosečnom frekvencijom upravljaju posebne elektrane.
• Radio satovi periodično aktiviraju ugrađeni radio-prijemnik da bi automatski podesili vreme prema radio-signalu. Radio-signal obično generiše atomski sat u radio-stanici.
• Sunčani satovi koriste prividnu rotaciju Sunca oko Zemlje kao svoju referentnu oscilaciju.

Namena

Budilnik – mehanički sat na navijanje s oprugom

Digitalni sat na štednjaku

Časovnika ima u kućama i kancelarijama, mali se nose na ruci; veliki se nalaze na javnim mestima, npr: na železničkim stanicama ili crkvama. Mali satovi se često nalaze u uglu računarskih displeja ili na mobilnim telefonima.

Najvažnija namena sata nije uvek da „pokazuje“ vreme. On se koristi da „kontroliše“ ili upozorava na određene događaje, npr: alarmni časovnik (budilnik), sat na video uređajima ili tempirana bomba.

Praktično svi računari zavise od tačnog vremenskog signala da bi se odvijali sinhronizovani procesi. Neki računari takođe pokazuju vreme i datum i služe kao alarmi, pokretači određenih procedura i događaja ili jednostavno pokazuju vreme.

Navigacija

Precizna navigacija brodova zavisi od sposobnosti merenja geografske širine i dužine. Geografsku širinu je relativno lako odrediti pomoću nebeske navigacije, ali merenje geografske dužine zahteva precizno merenje vremena. Ovo je bio jedan od glavnih razloga za razvoj preciznih mehaničkih satova. Prvi izuzetno precizan pomorski hronometar napravio je Džon Harison sredinom 18. veka. „Podnevni top“ u Kejptaunu još uvek pucnjem daje precizan signal koji omogućava brodovima da provere svoje hronometre.

Zidni električni sat ručne izrade iz 1997. godine koji se napaja baterijama. (Niš)

Moderni satovi

Kvarcni satovi su izumljeni dvadesetih godina prošlog veka.

Digitalni sat je konstruisan 1956. godine.

Posebne vrste časovnika

• Alarmni sat
• Analogni sat
• Analogni sat s digitalnim displejem
• Astronomski sat
• Atomski sat
• Binarni sat
• Digitalni sat
• Železnički hronometar
• Pomorski hronometar
• Peščani sat
• Radio sat
• Sat sa odbrojavanjem
• Sat s kukavicom
• Šahovski sat
• Sat s klatnom
• Kvarcni sat
• Štoperica
• Sunčani sat
• Svetski sat
• Ručni sat
• Vodeni sat
• Hronometar

Literatura

• Kelvin, William Thomson Baron; Tait, Peter Guthrie (1879). Treatise on Natural Philosophy. University Press. str. 227. 
• White, Lynn, Jr. (1962). Medieval Technology and Social Change. UK: Oxford University Press. str. 119. ISBN 978-0-19-500266-9. 
• Essen, L.; Parry, J. V. L. (1955). „An Atomic Standard of Frequency and Time Interval: A Cæsium Resonator”. Nature. 176 (4476): 280. Bibcode:1955Natur.176..280E. S2CID 4191481. doi:10.1038/176280a0. 
• Cipolla, Carlo M. (2004). Clocks and Culture, 1300 to 1700. W.W. Norton & Co. ISBN 978-0-393-32443-3. 
• Marrison, Warren (1948). „The Evolution of the Quartz Crystal Clock” (PDF). Bell System Technical Journal. 27 (3): 510—588. doi:10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x. Arhivirano iz originala (PDF) 10. 11. 2014. g. Pristupljeno 10. 11. 2014. 
• Baillie, G.H., O. Clutton, & C.A. Ilbert. Britten’s Old Clocks and Watches and Their Makers (7th ed.). Bonanza Books (1956).
• Bolter, David J. (1984). Turing's Man: Western Culture in the Computer Age. The University of North Carolina Press. Chapel Hill, N.C. . ISBN 978-0-8078-4108-2.  pbk. Very good, readable summary of the role of "the clock" in its setting the direction of philosophic movement for the "Western World". Cf. picture on pp. 25 showing the verge and foliot. Bolton derived the picture from Macey. str. 20.
• Bruton, Eric (1982). The History of Clocks and Watches. New York: Crescent Books Distributed by Crown. ISBN 978-0-517-37744-4. 
• Edey, Winthrop. French Clocks. New York: Walker & Co. (1967).
• Kak, Subhash, Babylonian and Indian Astronomy: Early Connections. February 17, 2003.
• Kumar, Narendra Science in Ancient India. 2004. ISBN 978-81-261-2056-7. 
• Landes, David S. Revolution in Time: Clocks and the Making of the Modern World. Cambridge: Harvard University Press (1983).
• Landes, David S. Clocks & the Wealth of Nations, Daedalus Journal, Spring 2003.
• Lloyd, Alan H. "Mechanical Timekeepers", A History of Technology, Vol. III. Edited by Charles Joseph Singer et al. Oxford: Clarendon Press (1957). стр. 648.–675.
• Macey, Samuel L., Clocks and the Cosmos: Time in Western Life and Thought, Archon Books, Hamden, Conn. (1980).
• Needham, Joseph (2000) [1965]. Science & Civilisation in China, Vol. 4, Part 2: Mechanical Engineering. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-05803-2. 
• North, John. God's Clockmaker: Richard of Wallingford and the Invention of Time. London: Hambledon and London (2005).
• Palmer, Brooks (1979). The Book of American Clocks. The Macmillan Co. .
• Robinson, Tom. The Longcase Clock. Suffolk, England: Antique Collector’s Club (1981).
• Smith, Alan. The International Dictionary of Clocks. London: Chancellor Press (1996).
• Tardy. French Clocks the World Over. Part I and II. Translated with the assistance of Alexander Ballantyne. Paris: Tardy (1981).
• Yoder, Joella Gerstmeyer. Unrolling Time: Christiaan Huygens and the Mathematization of Nature. New York: Cambridge University Press (1988).
• Zea, Philip, & Robert Cheney. Clock Making in New England: 1725–1825. Old Sturbridge Village (1992).
• Barnett, Jo Ellen. Time's Pendulum: From Sundials to Atomic Clocks, the Fascinating History of Timekeeping and How Our Discoveries Changed the World. Plenum Press, NY. 1998. ISBN 978-0-15-600649-1.
• Cowan, Harrison J. (1958). Time and Its Measurement: From the stone age to the nuclear age. Ohio: The World Publishing Company. Bibcode:1958tmfs.book.....C. 
• Dohrn-van Rossum, Gerhard (1996). History of the Hour: Clocks and Modern Temporal Orders. Trans. Thomas Dunlap. The University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-15510-4. OCLC 33440282. 
• K. Higgins, D. Miner, C.N. Smith, D.B. Sullivan (2004), A Walk Through Time (version 1.2.1). [Online] Available: http://physics.nist.gov/time [2005, December 8]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD.
• Jespersen, James and Fitz-Randolph, Jane. "From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency." Second Revised Edition. 1999. ISBN 978-0-486-40913-9.
• „Towards a History from Antiquity to the Renaissance of Sundials and Other Instruments for Reckoning Time by the Sun and Stars H<SCP>ESTER</SCP> H<SCP>IGTON</SCP>, Sundials—An Illustrated History of Portable Dials . London: Philip Wilson, 2001. Reviewed by D<SCP>AVID</SCP> A. K<SCP>ING</SCP>, Institute for the History of Science, Johann Wolfgang Goethe University, D‐60054 Frankfurt am Main, Germany H<SCP>ESTER</SCP> H<SCP>IGTON</SCP>, with contributions from S<SCP>ILKE</SCP> A<SCP>CKERMANN</SCP>, R<SCP>ICHARD</SCP> D<SCP>UNN</SCP>, K<SCP>IYOSHI</SCP> T<SCP>AKADA</SCP> and A<SCP>NTHONY</SCP> T<SCP>URNER</SCP>, Sundials at Greenwich—A Catalogue of the Sundials, Horary Quadrants and Nocturnals in the National Maritime Museum, Greenwich . Oxford: Oxford University Press, and Greenwich: National Maritime Museum, 2002”. Annals of Science. 61 (3): 375—388. 2004. doi:10.1080/00033790310001642795. .
• Landes, D. Revolution in Time. Harvard University Press (1983).
• McNown, J.S. "When Time Flowed: The Story of the Clepsydra." La Houille Blanche, 5, 1976, 347-353. ISSN 0018-6368
• Milham, Willis I. Time & Timekeepers including The History, Construction, Care, and Accuracy of Clocks and Watches. The Macmillan Company, NY 1945.
• Rees, Abraham. "Rees's Clocks, Watches, and Chronometers 1819-20." Charles E. Tuttle Company, Inc. 1970.
• Richards, E.G. Mapping Time: The Calendar and Its History.. Oxford University. 1998. .
• Toulmin, Stephen & Goodhead, J. The Discovery of Time. . University of Chicago Press. 1999. ISBN 978-0-226-80842-0. 
• Turner, Anthony J. (1984). The Time Museum. I: Time Measuring Instruments; Part 3: Water-clocks, Sand-glasses, Fire-clocks. Rockford, IL: The Museum. ISBN 978-0-912947-01-3. OCLC 159866762. 

Spoljašnje veze

• American Watchmakers-Clockmakers Institute
• London's Biggest Clock face
• 24 hour analog clocks
• Humanclock.com a website with a unique image for every minute of the day
• information on Dutch clocks Архивирано на сајту Wayback Machine (23. новембар 2020)
• National Association of Watch & Clock Collectors Museum