Menu Zavřeno

Námořní chronometr

Námořní „chronometr“ Jeremyho Thackera používal kardany a vakuum ve zvonici.

Další informace:

K určení polohy na zemském povrchu je nutné a postačující znát zeměpisnou šířku, délku a nadmořskou výšku. Úvahy o nadmořské výšce lze přirozeně ignorovat u plavidel operujících na úrovni moře. Až do poloviny 50. let 20. století byla přesná navigace na moři mimo dohled pevniny nevyřešeným problémem kvůli obtížnému výpočtu zeměpisné délky. Navigátoři mohli určit zeměpisnou šířku měřením úhlu Slunce v poledne (tj. když dosáhlo nejvyššího bodu na obloze neboli kulminace) nebo na severní polokouli změřit úhel Polárky (severní hvězdy) od obzoru (obvykle za soumraku). Ke zjištění zeměpisné délky však potřebovali časový etalon, který by fungoval na palubě lodi. Pozorování pravidelných pohybů nebeských těles, jako například Galileova metoda založená na pozorování přirozených družic Jupitera, nebylo na moři kvůli pohybu lodi obvykle možné. Souběžně s námořním chronometrem byla vyvinuta metoda lunárních vzdáleností, kterou původně navrhl Johannes Werner v roce 1514. Jako první navrhl použití chronometru k určení zeměpisné délky nizozemský vědec Gemma Frisius v roce 1530.

Účelem chronometru je přesné měření času na známém pevném místě, například greenwichského času (GMT). To je důležité zejména pro navigaci. Znalost GMT v místní poledne umožňuje navigátorovi použít časový rozdíl mezi polohou lodi a greenwichským poledníkem k určení zeměpisné délky lodi. Protože se Země otáčí pravidelnou rychlostí, lze časový rozdíl mezi chronometrem a místním časem lodi použít k výpočtu zeměpisné délky lodi vzhledem ke greenwichskému poledníku (definovanému jako 0°) pomocí sférické trigonometrie. V moderní praxi umožňují námořní almanach a trigonometrické tabulky pro redukci pohledu navigátorům měřit Slunce, Měsíc, viditelné planety nebo kteroukoli z 57 vybraných hvězd pro navigaci kdykoli, kdy je vidět obzor.

Vytvoření časomíry, která by spolehlivě fungovala na moři, bylo obtížné. Až do 20. století byly nejlepšími časomírami kyvadlové hodiny, ale jak valení lodi na moři, tak až 0,2% kolísání zemské gravitace činily jednoduché kyvadlo založené na gravitaci nepoužitelným jak teoreticky, tak prakticky.

První příkladyEdit

Henry Sully (1680-1729) představil v roce 1716 první námořní chronometr

Christiaan Huygens, po svém vynálezu kyvadlových hodin v roce 1656 učinil první pokus o námořní chronometr v roce 1673 ve Francii pod záštitou Jeana-Baptisty Colberta. V roce 1675 Huygens, který pobíral penzi od Ludvíka XIV., vynalezl chronometr, který místo kyvadla používal k regulaci vyvažovací kolo a spirálovou pružinu, čímž otevřel cestu k námořním chronometrům a moderním kapesním a náramkovým hodinkám. Na svůj vynález získal od Colberta patent, ale jeho hodiny zůstaly na moři nepřesné. Huygensův pokus získat v roce 1675 anglický patent od Karla II. podnítil Roberta Hooka, který tvrdil, že hodiny poháněné pružinou vymyslel již o několik let dříve, k pokusu o jejich výrobu a patentování. Během roku 1675 Huygens a Hooke dodali Karlovi každý dvě taková zařízení, ale žádné z nich nefungovalo dobře a Huygens ani Hooke nezískali anglický patent. Během této práce Hooke formuloval takzvaný Hookův zákon.

Námořní chronometr H1 Johna Harrisona z roku 1735

Poprvé byl tento termín publikován v roce 1684 v teoretické práci Arcanum Navarchicum kielského profesora Matthiase Wasmutha. Následoval další teoretický popis chronometru v pracích vydaných anglickým vědcem Williamem Derhamem v roce 1713. Derhamovo hlavní dílo, Fyzikální teologie neboli důkaz Boží podstaty a vlastností z jeho stvořitelských děl, rovněž navrhovalo použití vakuového těsnění k zajištění větší přesnosti chodu hodin. Pokusy o sestrojení funkčního námořního chronometru zahájil Jeremy Thacker v Anglii v roce 1714 a Henry Sully ve Francii o dva roky později. Sully publikoval svou práci v roce 1726 pod názvem Une Horloge inventée et executée par M. Sulli, ale ani jeho, ani Thackerovy modely nebyly schopny odolat vlnění moře a udržet přesný čas v lodních podmínkách.

Nákresy Harrisonova chronometru H4 z roku 1761, publikované v knize The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767.

V roce 1714 nabídla britská vláda cenu za metodu určování zeměpisné délky na moři, přičemž odměny se pohybovaly od 10 000 do 20 000 liber (v přepočtu na rok 2021 od 2 do 4 milionů liber) v závislosti na přesnosti. John Harrison, tesař z Yorkshiru, předložil projekt v roce 1730 a v roce 1735 dokončil hodiny založené na dvojici protiběžných závaží spojených pružinami, jejichž pohyb nebyl ovlivněn gravitací ani pohybem lodi. Jeho první dvoje námořní hodiny H1 a H2 (dokončené v roce 1741) používaly tento systém, ale zjistil, že jsou zásadně citlivé na odstředivou sílu, což znamenalo, že na moři nikdy nemohou být dostatečně přesné. Konstrukce jeho třetího stroje, označeného H3, v roce 1759 zahrnovala nové kruhové váhy a vynález bimetalového pásku a klecových válečkových ložisek, což jsou vynálezy, které se dodnes hojně používají. Kruhové váhy H3 se však stále ukázaly jako příliš nepřesné a od velkých strojů nakonec upustil.

Námořní chronometr Ferdinanda Berthouda č. 3, 1763

Harrison vyřešil problémy s přesností svou mnohem menší konstrukcí chronometru H4 v roce 1761. H4 vypadal podobně jako velké kapesní hodinky o průměru pět palců (12 cm). V roce 1761 Harrison předložil hodinky H4 do soutěže o cenu za zeměpisnou délku ve výši 20 000 liber. Jeho konstrukce používala rychle bijící vyvažovací kolečko řízené spirálovou pružinou s teplotní kompenzací. Tyto prvky se používaly až do doby, kdy stabilní elektronické oscilátory umožnily vyrábět velmi přesné přenosné hodinky za přijatelnou cenu. V roce 1767 zveřejnila Rada pro zeměpisnou délku popis jeho práce v knize Principy časomíry pana Harrisona. Francouzská expedice pod vedením Charlese-Françoise-Césara Le Telliera de Montmirail provedla v roce 1767 první měření zeměpisné délky pomocí námořních chronometrů na palubě lodi Aurore.

Moderní vývojEdit

Námořní chronometr Pierre Le Roy, 1766, vyfotografovaný v Musée des Arts et Métiers v Paříži

Pierre Le Roy v roce 1748 ve Francii vynalezl detent escapement charakteristický pro moderní chronometry. V roce 1766 vytvořil revoluční chronometr, který obsahoval detent escapement, teplotně kompenzovanou rovnováhu a izochronní pružinu rovnováhy: Harrison ukázal možnost spolehlivého chronometru na moři, ale tento Le Royův vývoj považuje Rupert Gould za základ moderního chronometru. Le Royovy inovace učinily z chronometru mnohem přesnější přístroj, než se předpokládalo.

Harrisonův chronometr H5 z roku 1772, který je nyní vystaven ve Vědeckém muzeu v Londýně

Ferdinand Berthoud ve Francii i Thomas Mudge v Británii také úspěšně vyráběli námořní časomíry. Ačkoli žádný z nich nebyl jednoduchý, dokázaly, že Harrisonův návrh nebyl jedinou odpovědí na problém. Největší pokrok směrem k praktičnosti učinili Thomas Earnshaw a John Arnold, kteří v roce 1780 vyvinuli a patentovali zjednodušené, oddělené, „pružinové detenty“, přesunuli teplotní kompenzaci na váhu a zdokonalili konstrukci a výrobu vyvažovacích pružin. Tato kombinace inovací sloužila jako základ námořních chronometrů až do éry elektroniky.

Chronometr Ferdinanda Berthouda č. 1 z roku 1917. 24 (1782), vystavený v Musée des Arts et Métiers v Paříži

Nová technologie byla zpočátku tak drahá, že ne všechny lodě měly chronometry, jak dokládá osudná poslední cesta východoindické lodi Arniston, která ztroskotala se ztrátou 372 životů. Nicméně v roce 1825 začalo Královské námořnictvo běžně zásobovat svá plavidla chronometry.

Bylo tehdy běžné, že lodě před vyplutím na dlouhou plavbu pozorovaly časovou kouli, například na Královské observatoři v Greenwichi, a kontrolovaly tak své chronometry. Každý den lodě krátce kotvily na Temži v Greenwichi a čekaly, až koule na observatoři přesně ve 13 hodin spadne. Tato praxe se nemalou měrou zasloužila o pozdější přijetí greenwichského času jako mezinárodního standardu. (Časové koule se staly zbytečnými kolem roku 1920 se zavedením rádiových časových signálů, které byly z velké části nahrazeny časem GPS.) Kromě nastavení času před vyplutím na plavbu se přesnost lodních chronometrů běžně kontrolovala také během plavby prováděním měsíčních nebo slunečních pozorování. Při typickém používání byl chronometr namontován na chráněném místě v podpalubí, aby se zabránilo jeho poškození a vystavení povětrnostním vlivům. Námořníci používali chronometr k nastavení tzv. hackerských hodinek, které se nosily na palubě k provádění astronomických pozorování. Přestože byly mnohem méně přesné (a drahé) než chronometr, hakové hodinky by byly vyhovující po krátkou dobu po jejich nastavení (tj. dostatečně dlouhou na provedení pozorování).

Přestože průmyslové výrobní metody začaly v polovině 19. století způsobovat revoluci v hodinářství, výroba chronometrů zůstala řemeslná mnohem déle. Na přelomu 19. a 20. století učinili švýcarští výrobci, jako například Ulysse Nardin, velký pokrok směrem k zavádění moderních výrobních metod a používání plně vyměnitelných dílů, ale teprve s nástupem druhé světové války zdokonalila společnost Hamilton Watch Company ve Spojených státech proces hromadné výroby, což jí umožnilo vyrobit tisíce svých chronometrů Hamilton Model 21 a Model 22 z druhé světové války pro americké námořnictvo & armády a další spojenecká námořnictva. Navzdory úspěchu společnosti Hamilton chronometry vyráběné starým způsobem z trhu v éře mechanických časoměřičů nikdy nezmizely. Thomas Mercer Chronometers patří mezi společnosti, které je nadále vyrábějí.

Bez jejich přesnosti a přesnosti navigačních výkonů, které námořní chronometry umožňovaly, by pravděpodobně nedošlo k tak drtivému vzestupu královského námořnictva, a tím i britského impéria; formování impéria válkami a dobýváním kolonií v zahraničí probíhalo v období, kdy britská plavidla měla díky chronometru spolehlivou navigaci, zatímco jejich portugalští, nizozemští a francouzští protivníci nikoli. Například: Francouzi byli v Indii a na dalších místech dobře usazeni dříve než Británie, ale byli poraženi námořními silami v sedmileté válce.

Nejúplnější mezinárodní sbírka námořních chronometrů, včetně Harrisonových H1 až H4, se nachází na Královské observatoři v Greenwichi v Londýně ve Velké Británii.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *