Global Lithuanian Net:    san-taka station:

Laiko matavimo kronika

Tęsinys, pradžia žr. >>>>>

Masiškai gaminami laikrodžiai

Ties 19 a. slenksčiu laikrodžiai buvo pakankamai tikslūs, tačiau liko brangiais. Jausdami poreikį pigiems laikrodžiams, darbo ėmėsi du inžinieriai iš Waterbury (Konektikuto valst.). 1807 m. jie sudarė 3 m. trukmės kontraktą su netoli Plymouth įsikūrusiu laikrodininku Eli Terry 4000 pailgųjų medinių laikrodžių pagaminimui. Pakankamas išankstinis apmokėjimas leido Eli Terry pirmus metus skirti parengti įrangą masinei gamybai. Gamindamas pakeičiamas detales jis atliko darbą per sutartyje numatytą laiką.

Po kelių metų Terry suprojektavo medinį lentyninį laikrodį panaudojant panašią techniką. Skirtingai nuo pailgųjų laikrodžių, kai pirkėjas turėjo dėžę pirkti atskirai, ųis laikrodis buvo pilnai sukomplektuotas. Pirkėjui tereikėjo padėti laikrodį ant lentynos ir jį prisukti. Dėl gana palankios kainos, 15 dolerių, laikrodį galėjo įsigyti daugelis žmonių.

Prieš geležinkelių bumą 19-me amžiuje, JAV ir Europos miestuose vietos laiko nustatymui naudotasi saule. Bet, pvz., jei vidurdienis Bostone ateidavo 3 min. anksčiau nei Worcester, jo laikrodžiai taip pat galėjo atitinkamai rodyti ant tiek ankstyvesnį laiką. Tačiau geležinkelių tinklui reikėjo vieningo laiko visoms stotims. Astronominės observatorijos pradėjo telegrafu siųsti tikslų laiką geležinkelių kompanijoms. Pirmoji vieša laiko tarnyba, įsteigta 1851-ais, rėmėsi laikrodžio dūžiais, perduodamais laidais iš Kembridžo Harvardo koledžo observatorijos (Masačūsetso valst.). Kitais metais laiko tarnybą įsteigė Karališkoji observatorija, sukurdama vieningą laiko standartą Didžiojoje Britanijoje.

1883 m. JAV nustatė 4 laiko zonas. Per kitus metus visų tautų vyriausybės pamatė vieningo laiko naudą navigacijai bei prekybai. 1884 m. Tarptautinėje meridianų konferencijoje Vašingtone pasaulis buvo padalintas į 24 zonas. Signatarai pasirinko Karališkąją observatoriją kaip pirmąjį meridianą (0o ilguma, nuo kurio atskaičiuojamos visų kitų ilgumų reikšmės), kadangi 2/3 pasaulio laivyno jį tuo tikslu jau naudojo atskaitą nuo Grinvičo.

Laikrodininkai matė, kad nešiojamų laikrodžių rinka gerokai viršytų stacionarių laikrodžių kiekį, jei gamybos kainos būtų sumažintos. Problema su pakeičiamomis masiškai gaminamomis detalėmis ta, kad smulkių detalių tikslumas turėjo būti didelis. Sunerimę, kad negali konkuruoti su europiečiais, Maine laikrodininkas A.L. Dennison‘as susitiko su E. Howard‘as iš Roxbury (Masačūsetso valst.), kad aptartų masinės nešiojamų laikrodžių gamybos metodus. Howard‘as su partneriu Dennison‘ui suteikė patalpas ir įrangą. Iki 1852 m. rudens buvo pagaminta 20 laikrodžių, o pavasarį užbaigta 100 laikrodžių, o po metų jau 1000. Roxbury gamybiniai pajėgumai buvo per maži, tad Boston Watch Company persikėlė į Waltham (Masačūsetso valst.), kurioje 1854 m. buvo surenkama po 36 laikrodžiai per savaitę.

Inovatyvus pirmųjų mechaninių laikrodžių (apie 1300-ius) buvo užraktas, detalė, valdanti karūnuoto ratelio sukimąsi ir energijos perdavimą osciliatoriui, kuris, savo ruožtu valdė greitį, kuriuo veikė laikrodis. Dantyta karūna arba užraktas, dantračių varomas ratelis, sustiprintas pakabinta vielute apsukta aplink ašį

Švytuoklinį laikrodį sukūrė Ch. Hiuigensas. Jis pastebėjo, kad švytuoklė mažu lanku švytuoja greičiau nei ilgu. Šio reiškinio sukeltą problemą jis sprendė panaudodamas du išlenktus „cikloidinius žandus“ ties švytuoklės pakabos tašku. Veikdami pakabinimo virvę, jie sumažindavo švytavimo ilgį ir švytuoklės judėjimas buvo labiau cikloide, o ne apskritimo lanku. Tad , teoriškai, švytuoklė kiekvieną švytavimą atlikdavo per tą patį laiko tarpą, nepriklausomai nuo amplitudės. Hiuigenso laikrodyje gravitacijos veikiamos švytuoklės judėjimas pakeitė vien mechaniškai varomo horizontalaus ratelio švytavimą pirmyn-atgal. Švytuoklinis laikrodis buvo tikslesnis.

1675 m. Ch. Hiuigensas išrado spiralinę balansinę spyruoklę. Panašiai, kaip gravitacija atsakinga už švytuoklės švytavimą, ši spyruoklė reguliuoja balansinio ratelio sukinius laiko vienetais. Balansinis ratelis pradžioje sukasi į vieną pusę, o po to į kitą pusę, - ir taip kartojasi vėl ir vėl.

Inkarinis užraktas, sukurtas maždaug 1670-ais Anglijoje, yra svirtinė detalė, savo forma panaši į laivo inkarą. Švytavimas priverčia inkarą užkabinti, o vėliau atleisti kiekvieną užrakto ratelio dantelį, leisdama tiksliai laiko momentais pasukti jį. Skirtingai nuo strypelio (verge) užrakto ankstyvuosiuose švytuokliniuose laikrodžiuose, inkaro užraktas leidžia švytuoklei švytuoti tokiu mažu lanku, kad cikloidinis kelias tampa nebūtinas. Be to, šis užraktas leido praktikoje panaudoti ilgą, sekundes mušančią švytuoklę ir įtakoti naują, ant grindų statomą laikrodžio dėžės formą, imtą vadinti „senelio laikrodžiu“.

Pasivadinusi Waltham Watch Company pelnėsi iš didelio laikrodžių poreikio Civilinio karo metu, kai Suvienytosioms pajėgoms reikėjo koordinuoti veiksmus. Gamybos patobulinimai toliau didino pasiūlą ir mažino kainas. Kūrėsi naujos kompanijos, besitikinčios irgi nukąsti šio pyrago gabalą.

„Swiss“, iki tol dominavusi šioje pramonėje, susirūpino, kai sumažėjo eksportas. Žvalgas, pasiųstas į Masačūsetsą, išsiaiškino, kad Walthame ne tik aukštesnis produktyvumas, bet ir mažesni gamybos kaštai. Ir net kai kurie pigūs amerikoniški laikrodžiai buvo pakankamai tikslūs. Laikrodis pagaliau buvo prieinamas masėms.

Kadangi 19-me a. moterys laikrodžius nešiojo ant riešo, rankiniai laikrodžiai ilgokai laikyti moterišku aksesuaru. Pirmojo pasaulinio karo metu kišeninis laikrodis buvo taip modifikuotas, kad jį buvo lengva pritvirtinti prie riešo, kur į jį mūšio metu pasižiūrėti buvo gerokai lengviau. Sėkmingos marketinginės kampanijos dėka vyriški rankiniai laikrodžiai paplito po karo. 20 a. 3-me dešimtm. pasirodė savaime prisisukantys mechaniniai rankiniai laikrodžiai.

Ypač tikslūs laikrodžiai

19 a. pabaigoje Siegmund Riefler Miunchene sukūrė radikaliai naują reguliatorių – labai tikslų laikrodį, naudojamą standartu kitiems. Patalpintas beveik vakuume, kad sumažintų barometrinio slėgio poveikį, ir turintis švytuoklę, mažai veikiamą temperatūros pokyčių. S. Rieflerio reguliatorių paklaida per dieną tebuvo dešimtosios sekundės dalys – todėl buvo naudojami beveik visose astronominėse observatorijose.

Progresas įvyko po kelių dešimtmečių, kai Anglijos geležinkelių inžinierius William H. Shortt sukūrė vadinamąjį laisvo kritimo švytuoklės laikrodį, kurio paklaida tebuvo sekundė per metus. Shortt‘o sistemą sudarė du švytuokliniai laikrodžiai, vienas „pagrindinis“ (esantis išsiurbtame bake) ir „priklausomas“ (turintis laiko padalas). Kas 30 sek. priklausomas laikrodis sugeneruodavo elektromagnetinį impulsą ir, savo ruožtu, buvo sureguliuojamas pagrindinio laikrodžio, kuris buvo apsaugotas nuo mechaninių trikdžių.

Nors Shortt‘o laikrodžiai pradėjo keisti Rieflerio laikrodžius 3-iame dešimtm. jų viešpatavimas buvo trumpalaikis. 1828 m. Warren A. Marrison, Bell laboratorijos Niujorke inžinierius, atrado ypač tikslų ir patikimą dažnio šaltinį. Pradžioje sukurtas radijo transliavimo tikslams, kvarco kristalas, sužadintas elektros srove, vibruoja labai tiksliai. Pirmųjų kvarco laikrodžių, įrengtų Karališkoje observatorijoje 1939-ais, paklaida tebuvo dvi tūkstantosios sekundės dalys per dieną. Antrojo pasaulinio karo pabaigoje tas tikslumas buvo padidintas iki sekundės per 30 metų.

Tačiau ir kvarciniai laikrodžiai neliko lyderiais ilgam laikui. 1948 m. Harold Lyons ir kolegos iš Nacionalinio standartų biuro Vašingtone, įrengė pirmąjį atominį laikrodį, kuris rėmėsi natūraliu atomo rezonansiniu dažniu, kylančiu iš periodinio dviejų energetinių būsenų kaitaliojimosi. Tolimesni tyrinėjimai 6- me dešimtm., atlikti JAV ir Anglijoje, leido sukuri cezio spindulių atominį laikrodį. Dabar jie, veikiantys įvairiose pasaulio vietose, palaiko Koordinuojamo Visuotinio laiko standartinį dažnį, - ir jų paklaida tėra mažiau nei viena nanosekundė per dieną.

Iki 20 a. vidurio, laiko standartu buvo paros trukmė. Cezio laikrodžių atsiradimas privertė keisti požiūrį – jie leido išmatuoti pasikeitimus Žemės sukimesi. Todėl 1967 m. buvo priimtas naujas laiko vieneto standartas, kuris remiasi cezio atomo rezonansiniu dažniu.

Tačiau laiko matavimo tikslumas yra toks svarbus, kad tebeieškoma dar didesnio tikslumo. Būsimų atominių laikrodžių kartos (kaip vandenilio mazeris, cezio fontanas ir, atskiru atveju, optinis laikrodis) paklaida bus, kaip tikimasi, 100 femtosekundžių per dieną.

Kvarciniai laikrodžiai

20 a. 7 dešimtm. pabaigoje laikrodininkai atsigręžė į elektroninius tranzistorinius osciliatorius, kurių nymios vibracijos paverčiamos laiko rodmenimis. Tuo pat metu atsirado pigios, mažai energijos naudojančios integrinės schemos bei šviesą skleidžiantys diodai (LED). Laikrodininkai netruko pritaikyti kvarco kristalus, paimtus iš radijo transmiterių. Šie yra pjezoelektrikai, kurie vibruoja kai paveikiami elektros srove. Tada jie vibruoja rezonuojančiai, tarsi skambutis. Tada virpesiai konvertuojami į pulsacijas, tinkančias laikrodžių skaitmeninėms schemoms, atvaizduojančioms laiką LED ekranuose arba judinančiomis laikrodžio rodykles. atomic clock schema

Cezio fontano (atominiai) laikrodžiai

Juose laiko skaičiavimas atliekamas pagal dažnį sukeltą cezio-133 atomų sukinio pokyčiu, kurį sukelia paveikus mikrobangomis. Vakuume šeši lazeriai sulėtina cezio dujų atomų judėjimą, suformuodami nedidelį debesėlį. Viršutinių ir apatinių lazerių dažnio pakeitimas atominį debesį pakelia aukštyn, tarsi fontaną, per magnetiškai suformuotą mikrobangų ertmę. Gravitacijai spaudžiant debesį atgal žemyn, debesies elektronai (vadinamojoje Ramsey ertmėje) sąveikauja su mikrobangomis sąveikauja antrą kartą. Mikrobangos paveikia elektronų sukinius, pakeisdami jų kvantines energetines būsenas. Debesiui tebekrentant toliau, lazerinis zondas priverčia cezį fluorescuoti, atskleidžiant, ar jo elektronų sukiniai pasikeitė, - ir tai stebi detektorius. Detektoriaus signalai panaudojami nežymioms korekcijoms suderinant mikrobangų emiterį tikslesniam rezonansiniam dažniui, kurį galima panaudoti laiko apskaitai.

Atominiame laikrodyje sekundė apibrėžiama kaip 9 192 631 770 cesio-133 virpesių.

Atominio laikrodžio istorija

Normanas Ramsey (1915-2011), eksperimentinės fizikos specialistas, II pas. karo metu dalyvavo kuriant atominę bombą. Po karo grįžo prie magnetų ir radiacijos tyrimų. Jis išsiaiškino, kaip galima išvengti klaidų ir patobulinti matavimą. Rezultatas – pirmasis atominis laikrodis, o u- tuos darbus jam ir porai jo kolegų 1989 m. skirta Nobelio fizikos premija.

O kelias iki atominių laikrodžių buvo toks:
1979 m. lordas Kelvinas pirmasis pradeda mąstyti apie atomų matuojamą laiką;
1945 m. Isidoras Rabi įrodo, kad įmanoma pagaminti atominį laikrodį;
1949 m. sukuriamas pirmasis atominis laikrodis, kurio pagrindą sudaro amoniako molekulės, tačiau jis nėra tikslesnis už kvarcinį laikrodį;
1955 m. Jackas Perry ir Louisas Essenas pagaminą pirmą tikslų atominį laikrodį cezio pagrindu;
1967 m. sekundė apibrėžiama kaip 9 192 631 770 cesio-133 virpesių; ankstesnis apibrėžimas buvo 1/86400 vidutinės saulės dienos; 1972 m. Grinvičo laikas pakeičiamas nauju laiko zonų standartu – pasauliniu koordinuotuoju laiku, kurio pagrindas yra atominiais laikrodžiais matuojamas laikas;
1999 m. JAV mokslininkai pagamina NIST-F1 su lazeriu vėsinamais cezio atomais, kurio paklaida – 1 sek. per 20 mln. m.
2005 m. Londono NFL sukuriamas dar tikslesnis laikrodis su stroncio jonais.
2011 m. NFL laikrodis pripažįstamas tiksliausiu, nes jis 1 sek. paklaidą tepadarys tik per 138 mln. m. 2013 m. rugpjūčio 22 d. paskelbta, kad JAV sukūrė laikrodį naudojant iki -273o C atšaldytus iterbio atomus, teigiant, kad 1 sek. paklaidą padarys per 13,8 mlrd. m.

Pradžią skaitykite >>>>>  

Papildomai skaitykite:
Kas tas laikas?
Mitas apie laiko pradžią
Ką rodo laiko rodyklė?
Laikrodžiai mūsų kūne
Kvantinio pasaulio katinai
Kaip sukurti laiko mašiną?
Papildomas matavimas
Paulio draudimo principas
Laikas skirtingose kultūrose
Įvykių prisiminimas laike
Specialioji reliatyvumo teorija
Erdvės ir laiko sampratos transformacija
DNR, išilginės bangos, kelionės laike
Kvantinė mechanika: triumfas ar ribotumas?
Augustinas: Laiko vertė ir matas
Nepaprasti Visatos skaičiai
Ajurveda. Himnas laikui
Labai prasta balerina
Lyginamoji kosmologija
Greičiau už šviesą!
Laiko fenomenas
Kelionė laike
Visatos modeliai

NSO apsireiškimai ir neįprasti fenomenai Lietuvos danguje ir po juo

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

san-taka station

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life.

Review of our site in English

NSO.LT svetainė
Vartiklis