Meniu Închide

Cronometru marin

„Cronometrul” marin al lui Jeremy Thacker folosea cardane și un vid într-un borcan de clopot.

Mai multe informații: Istoria longitudinii

Pentru a determina o poziție pe suprafața Pământului, este necesar și suficient să se cunoască latitudinea, longitudinea și altitudinea. Considerentele legate de altitudine pot fi ignorate în mod natural pentru navele care operează la nivelul mării. Până la mijlocul anilor 1750, navigația precisă pe mare, în afara vizibilității uscatului, a fost o problemă nerezolvată din cauza dificultății de calculare a longitudinii. Navigatorii își puteau determina latitudinea măsurând unghiul soarelui la amiază (adică atunci când acesta atingea cel mai înalt punct de pe cer, sau punctul culminant) sau, în emisfera nordică, să măsoare unghiul lui Polaris (Steaua Polară) față de orizont (de obicei în timpul crepusculului). Cu toate acestea, pentru a-și afla longitudinea, aveau nevoie de un etalon de timp care să funcționeze la bordul unei nave. Observarea mișcărilor cerești regulate, cum ar fi metoda lui Galileo bazată pe observarea sateliților naturali ai lui Jupiter, nu era de obicei posibilă pe mare din cauza mișcării navei. Metoda distanțelor lunare, propusă inițial de Johannes Werner în 1514, a fost dezvoltată în paralel cu cronometrul marin. Omul de știință olandez Gemma Frisius a fost primul care a propus utilizarea unui cronometru pentru a determina longitudinea în 1530.

Scopul unui cronometru este de a măsura cu exactitate timpul dintr-o locație fixă cunoscută, de exemplu Greenwich Mean Time (GMT). Acest lucru este deosebit de important pentru navigație. Cunoașterea GMT la prânz local permite unui navigator să folosească diferența de timp dintre poziția navei și meridianul Greenwich pentru a determina longitudinea navei. Deoarece Pământul se rotește cu o viteză regulată, diferența de timp dintre cronometru și ora locală a navei poate fi folosită pentru a calcula longitudinea navei în raport cu meridianul Greenwich (definit ca 0°) folosind trigonometria sferică. În practica modernă, un almanah nautic și tabelele trigonometrice de reducere a vederii permit navigatorilor să măsoare Soarele, Luna, planetele vizibile sau oricare dintre cele 57 de stele selectate pentru navigație în orice moment în care orizontul este vizibil.

Crearea unui ceas care să funcționeze în mod fiabil pe mare a fost dificilă. Până în secolul al XX-lea, cele mai bune cronometre au fost ceasurile cu pendul, dar atât ruliul unei nave pe mare, cât și variațiile de până la 0,2% ale gravitației Pământului au făcut ca un pendul simplu bazat pe gravitație să fie inutil atât în teorie, cât și în practică.

Primele exempleEdit

Henry Sully (1680-1729) a prezentat un prim cronometru marin în 1716

Christiaan Huygens, după ce a inventat ceasul cu pendul în 1656, a făcut prima încercare de a realiza un cronometru marin în 1673 în Franța, sub patronajul lui Jean-Baptiste Colbert. În 1675, Huygens, care primea o pensie de la Ludovic al XIV-lea, a inventat un cronometru care folosea o roată de echilibrare și un resort spiralat pentru reglare, în locul unui pendul, deschizând calea cronometrelor marine și a ceasurilor moderne de buzunar și de mână. A obținut un brevet pentru invenția sa de la Colbert, dar ceasul său a rămas imprecis pe mare. Încercarea lui Huygens din 1675 de a obține un brevet englezesc de la Carol al II-lea l-a stimulat pe Robert Hooke, care pretindea că a conceput un ceas cu arc cu ani mai devreme, să încerce să producă unul și să îl breveteze. În cursul anului 1675, Huygens și Hooke au livrat fiecare câte două astfel de dispozitive lui Charles, dar niciunul nu a funcționat bine și nici Huygens, nici Hooke nu au primit un brevet englezesc. În timpul acestei activități, Hooke a formulat ceea ce este cunoscut sub numele de Legea lui Hooke.

Cronometrul marin H1 al lui John Harrison din 1735

Prima utilizare publicată a termenului a fost în 1684 în Arcanum Navarchicum, o lucrare teoretică a profesorului Matthias Wasmuth din Kiel. Aceasta a fost urmată de o altă descriere teoretică a unui cronometru în lucrările publicate de omul de știință englez William Derham în 1713. Principala lucrare a lui Derham, Physico-theology, sau o demonstrație a ființei și atributelor lui Dumnezeu pornind de la lucrările sale de creație, propunea, de asemenea, utilizarea sigiliului în vid pentru a asigura o mai mare precizie în funcționarea ceasurilor. Încercările de a construi un cronometru marin funcțional au fost începute de Jeremy Thacker în Anglia, în 1714, și de Henry Sully în Franța, doi ani mai târziu. Sully și-a publicat lucrarea în 1726 cu Une Horloge inventée et executée par M. Sulli, dar nici modelul său, nici cel al lui Thacker nu au reușit să reziste la valurile mării și să mențină ora exactă în condiții de bord.

Desene ale cronometrului H4 al lui Harrison din 1761, publicat în The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767.

În 1714, guvernul britanic a oferit un premiu de longitudine pentru o metodă de determinare a longitudinii pe mare, premiile fiind cuprinse între 10.000 și 20.000 de lire sterline (între 2 milioane și 4 milioane de lire sterline în termeni din 2021), în funcție de precizie. John Harrison, un tâmplar din Yorkshire, a prezentat un proiect în 1730, iar în 1735 a finalizat un ceas bazat pe o pereche de grinzi cu greutăți care oscilau în sens invers, conectate prin arcuri, a căror mișcare nu era influențată de gravitație sau de mișcarea unei nave. Primele sale două ceasuri de mare H1 și H2 (finalizate în 1741) au folosit acest sistem, dar și-a dat seama că acestea aveau o sensibilitate fundamentală la forța centrifugă, ceea ce însemna că nu vor putea fi niciodată suficient de precise pe mare. Construcția celui de-al treilea aparat al său, denumit H3, în 1759, a inclus balanțe circulare noi și inventarea benzii bimetalice și a rulmenților cu role în colivie, invenții care sunt încă utilizate pe scară largă. Cu toate acestea, balanțele circulare ale lui H3 s-au dovedit în continuare prea imprecise și, în cele din urmă, a renunțat la mașinile mari.

Cronometrul marin nr.3 al lui Ferdinand Berthoud, 1763

Harrison a rezolvat problemele de precizie cu proiectul său de cronometru H4, mult mai mic, în 1761. H4 semăna mult cu un ceas mare de buzunar cu diametrul de 12 cm (cinci inci). În 1761, Harrison a prezentat H4 pentru premiul pentru longitudine în valoare de 20.000 de lire sterline. Proiectul său folosea o roată de echilibrare cu bătaie rapidă, controlată de un resort spiralat compensat de temperatură. Aceste caracteristici au rămas în uz până când oscilatoarele electronice stabile au permis realizarea unor ceasuri portabile foarte precise la un preț accesibil. În 1767, Board of Longitude a publicat o descriere a muncii sale în The Principles of Mr. Harrison’s time-keeper. O expediție franceză condusă de Charles-François-César Le Tellier de Montmirail a efectuat prima măsurare a longitudinii cu ajutorul cronometrelor marine la bordul navei Aurore în 1767.

Evoluție modernăEdit

Cronometru marin Pierre Le Roy, 1766, fotografiat la Musée des Arts et Métiers din Paris

În Franța, în 1748, Pierre Le Roy a inventat eșapamentul cu detentor caracteristic cronometrelor moderne. În 1766, el a creat un cronometru revoluționar care a încorporat eșapamentul cu detentor, balansul compensat în funcție de temperatură și resortul de balans izocron: Harrison a arătat posibilitatea de a avea un cronometru fiabil pe mare, dar aceste dezvoltări ale lui Le Roy sunt considerate de Rupert Gould ca fiind la baza cronometrului modern. Inovațiile lui Le Roy au făcut din cronometru o piesă mult mai precisă decât fusese anticipat.

Cronometrul H5 al lui Harrison din 1772, expus acum la Muzeul de Știință din Londra

Ferdinand Berthoud în Franța, precum și Thomas Mudge în Marea Britanie au produs, de asemenea, cronometre marine cu succes. Deși niciunul nu a fost simplu, acestea au dovedit că proiectul lui Harrison nu era singurul răspuns la această problemă. Cei mai mari pași spre caracterul practic au fost făcuți de Thomas Earnshaw și John Arnold, care, în 1780, au dezvoltat și patentat scăpări simplificate, detașate, cu „detentor de arc”, au mutat compensarea temperaturii în balans și au îmbunătățit proiectarea și fabricarea arcurilor de balans. Această combinație de inovații a servit ca bază a cronometrelor marine până în era electronică.

Cronometrul Ferdinand Berthoud nr. 24 (1782), expus la Musée des Arts et Métiers, Paris

Noua tehnologie a fost inițial atât de costisitoare încât nu toate navele aveau cronometre, după cum ilustrează ultima călătorie fatidică a indianului Arniston, naufragiat cu pierderea a 372 de vieți. Cu toate acestea, până în 1825, Marina Regală a început să furnizeze în mod obișnuit cronometre navelor sale.

Era obișnuit ca navele din acea vreme să observe o bilă a timpului, precum cea de la Observatorul Regal din Greenwich, pentru a-și verifica cronometrele înainte de a pleca într-o călătorie lungă. În fiecare zi, navele ancorau pentru scurt timp în râul Tamisa, la Greenwich, așteptând ca bila de la observator să cadă la ora 13:00 fix. Această practică a fost în mică măsură responsabilă pentru adoptarea ulterioară a timpului mediu de la Greenwich ca standard internațional. (Bilele de timp au devenit inutile în jurul anului 1920, odată cu introducerea semnalelor orare radio, care la rândul lor au fost în mare parte înlocuite de ora GPS). Pe lângă reglarea orei înainte de a pleca în călătorie, cronometrele navelor erau, de asemenea, verificate în mod obișnuit pentru a se verifica acuratețea lor pe mare prin efectuarea de observații lunare sau solare. În mod obișnuit, cronometrul era montat într-un loc protejat, sub punte, pentru a evita deteriorarea și expunerea la intemperii. Marinarii foloseau cronometrul pentru a seta un așa-numit „hack watch”, care era purtat pe punte pentru a face observațiile astronomice. Deși mult mai puțin precis (și mai puțin costisitor) decât cronometrul, ceasul hack ar fi satisfăcător pentru o perioadă scurtă de timp după ce ar fi fost setat (adică suficient timp pentru a face observațiile).

Deși metodele de producție industrială au început să revoluționeze orologeria la mijlocul secolului al XIX-lea, fabricarea cronometrelor a rămas mult mai mult timp artizanală. La începutul secolului al XX-lea, producătorii elvețieni, precum Ulysse Nardin, au făcut pași mari în direcția încorporării metodelor moderne de producție și a utilizării de piese complet interschimbabile, dar abia odată cu debutul celui de-al Doilea Război Mondial, Hamilton Watch Company din Statele Unite a perfecționat procesul de producție în masă, ceea ce i-a permis să producă mii de cronometre Hamilton Model 21 și Model 22 din timpul celui de-al Doilea Război Mondial pentru Marina Statelor Unite & Armată și pentru alte marine aliate. În ciuda succesului lui Hamilton, cronometrele realizate în stil vechi nu au dispărut niciodată de pe piață în timpul erei cronometrelor mecanice. Thomas Mercer Chronometers se numără printre companiile care continuă să le fabrice.

Fără acuratețea lor și fără acuratețea faptelor de navigație pe care cronometrele marine le-au permis, se poate argumenta că ascensiunea Marinei Regale și, prin extensie, cea a Imperiului Britanic, s-ar fi putut să nu se fi produs în mod atât de covârșitor; formarea imperiului prin războaie și cucerirea coloniilor din străinătate a avut loc într-o perioadă în care navele britanice aveau o navigație fiabilă datorită cronometrului, în timp ce adversarii lor portughezi, olandezi și francezi nu aveau. De exemplu: francezii erau bine stabiliți în India și în alte locuri înaintea Marii Britanii, dar au fost înfrânți de forțele navale în Războiul de Șapte Ani.

Cea mai completă colecție internațională de cronometre marine, inclusiv cele de la H1 la H4 ale lui Harrison, se află la Royal Observatory, Greenwich, din Londra, Marea Britanie.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *