Aby zapewnić dokładny czas dla celów nawigacyjnych i astronomicznych, łączności z brzegiem, harmonogramu pracy załogi oraz organizacji służby wachtowej, na każdym statku prowadzona jest usługa pomiaru czasu. Na statkach Ministerstwa marynarka wojenna Służbę czasu ZSRR sprawuje trzeci oficer, a zarządzanie i kontrolę sprawuje pierwszy oficer i kapitan.Do głównych zadań służby czasu należy: dostarczanie wskazań statku i dokładnego czasu Greenwich na statku; odbieranie precyzyjnych sygnałów radiowych czasu, obliczanie korekty i dobowego ruchu chronometru i zegara pokładowego; prowadzenie dziennika czasu; fabryka chronometrów, zegarów pokładowych, stoperów i zegarów okrętowych; sprawdzanie odczytów i koordynacja zegarów okrętowych; monitorowanie działania i przechowywania chronometrów, zegarów pokładowych i okrętowych; przesuwanie wskazówek zegara statku podczas przekraczania granic stref czasowych i linii daty; zaznaczanie dat i godzin na mapie kursu, taśmie barograficznej oraz, w razie potrzeby, mierzenie czasu działania innych przyrządów nawigacyjnych oraz prowadzenie codziennego biuletynu nawigacyjnego statku.

Obliczanie czasu martwego statku, definicje nawigacyjne, łączność radiową i codzienne życie załogi zapewnia czas okrętowy, który wskazuje zegar morski z dokładnością co najmniej ±0,5 min.

Do astronomicznego określenia współrzędnych geograficznych pozycji statku na morzu konieczna jest znajomość czasu z dokładnością do dziesiątych części sekundy. Do pomiaru czasu z określoną dokładnością stosuje się chronometry (ryc. 88) - precyzyjne przyrządy, których konstrukcja zapewnia zmniejszenie wpływu wahań temperatury na odczyty. Oprócz zegarków i chronometrów morskich statki są wyposażone również w zegary pokładowe i stopery.

Ryż. 88.

Chronometry na statkach są ustawione w przybliżeniu według czasu uniwersalnego. Czas Greenwich liczony jest od 0 do 24 godzin, a tarcza chronometru jest podzielona od 0 do 12 godzin, dlatego odczyty chronometru w ciągu dnia mają podwójne znaczenie, na przykład 4 i 16 godzin, 8 lub 20 godzin itp. Należy o tym pamiętać przy obliczaniu czasu Greenwich wskazywanego przez chronometr. Aby ustalić, w jakich przypadkach konieczne jest dodanie 12 godzin, a w jakich nie, konieczne jest najpierw określenie przybliżonego średniego czasu Greenwich

Nr - numer strefy, według której ustawiony jest zegar statku.

Korekta chronometru to różnica pomiędzy czasem uniwersalnym a wskazaniem chronometru w tym samym momencie fizycznym, tj.

T GR - czas uniwersalny;

T XP - odczyty chronometru.

Korekta chronometru zmienia się w czasie. Zmiana ta nie jest taka sama dla różnych chronometrów. Zależy to od ustawienia chronometru i warunków zewnętrznych. Zmiana korekty chronometru charakteryzuje się ruchem chronometru c. O jakości urządzenia decyduje stałość cyklu dobowego.

Korekta chronometru ustalana jest za pomocą specjalnych radiowych sygnałów czasu. Godziny, przewodniki po programach i inne informacje są podane w Informacjach dla marynarzy.

Ustaloną korektę chronometru oraz przebieg dzienny, datę, czas uniwersalny, nazwę stacji radiowej, nazwisko osoby odbierającej sygnały i inne dane zapisuje się w specjalnym dzienniku zwanym chronometrycznym.

Przykład 39. 25 listopada 1969 Czas statku T C \u003d 6 H 27 M. X \u003d 122 ° 30 ", 0 O st (nr 8O st); T XP \u003d 10 "" 27 M 05 C.0. Oblicz wskazanie Czas Greenwich za pomocą chronometru.

Rozwiązanie. Obliczamy w przybliżeniu godzinę i datę w Greenwich.

Chronometr - zegarek o szczególnie precyzyjnym mechanizmie - (mechaniczny lub kwarcowy).

Po raz pierwszy dokładny chronometr morski został wynaleziony przez angielskiego wynalazcę, zegarmistrza Harrisona w 1731 r., w 1734 r. wprowadził go do praktycznego zastosowania. W swoim wynalazku udało mu się skompensować dwa główne błędy ruchu chronometru - zmianę momentu mechanicznego spustu balansera w miarę odwijania się sprężyny głównej oraz zastosował termiczną kompensację długości i sprężystości gwintu balansera od zmian temperatury zewnętrznej za pomocą bimetaliczne elementy gnące.

Na początku epoki wielkich odkryć geograficznych określenie współrzędnych było wciąż nieosiągalnym marzeniem nawigatorów.
Określenie szerokości geograficznej nie stanowiło szczególnego problemu – można ją łatwo obliczyć, mierząc kąt wzniesienia Gwiazdy Północnej nad horyzontem. Długość geograficzna pozostawała jednak trudnym orzechem do zgryzienia. Błąd doprowadził do utraty statków, ludzi i towarów.

Wiodące potęgi morskie - Hiszpania i Portugalia, Holandia, Francja i Wielka Brytania - ustanowiły poważne premie za rozwiązanie problemu. Z biegiem czasu pojawiło się kilka metod astronomicznych - Werner (metoda odległości księżycowych, 1514), Galileusz (według pozycji księżyców Jowisza, 1612) - ale ich wdrożenie wymagało skomplikowanych instrumentów astronomicznych i obliczeń. Prostsza metoda (przypisywana Gemmie Frisius) – porównywanie czasu lokalnego z dokładnym w punkcie odniesienia (porcie) – wymagała bardzo dokładnego zegara.

W 1714 r. parlament brytyjski ustanowił nagrodę specjalną za opracowanie metody określania długości geograficznej. Kwota była wówczas fantastyczna – 10 000 funtów z błędem 60 mil morskich, 15 000 funtów (40 mil) i 20 000 funtów (30 mil). Aby w czasie podróży do Indii Zachodnich określić długość geograficzną z taką dokładnością, potrzebny był zegarek o średnim dziennym odchyleniu nie większym niż 3 sekundy (mimo że w tamtych czasach zegarki uważano za szczególnie dokładne, jeśli miały minutę ręka).

W 1728 roku do konkursu zgłosił się stolarz i zegarmistrz samouk John Harrison. Przez kilka lat studiował rolnictwo okrętowe i do 1735 roku ukończył zegar H1. Ogromny i ciężki (prawie 40 kg) zegar wahadłowy o średnim dziennym dryfie wynoszącym 8 sekund po przepłynięciu z Londynu do Lizbony i z powrotem pokazywał błąd długości geograficznej wynoszącej 150 mil. Podobne wyniki wykazał w 1741 roku model H2. W 1749 roku wypuszczono model H3, w którym Harrison zastosował bimetaliczną płytkę w wahadle do kompensacji temperatury i zawieszenie kardanowe do kompensacji pochyleń.

Zegarek ten był dokładniejszy na morzu niż jakikolwiek inny na lądzie: średni dzienny dryf wynosił niecałe 2 sekundy, a po 45 dniach żeglugi dokładność określenia długości geograficznej wynosiła zaledwie 10 mil. Jednak do tego czasu parlament zmienił warunki konkursu - teraz wymagana była nie tylko dokładność, ale także zwartość!

Harrison nie poddał się i w 1760 roku wprowadził nowy model, H4, już nie wahadłowy, ale z wagą. Zegarek miał średnicę 12 cm i był testowany podczas dwóch rejsów do Indii Zachodnich – w latach 1761 i 1764, konserwacja trwała 5 sekund w ciągu trzymiesięcznego rejsu. Ale nawet po tym parlament nie spieszył się z wypłatą pieniędzy. Faktem jest, że w 1757 roku brytyjski oficer marynarki wojennej John Campbell opracował projekt sekstansu – przyrządu do pomiaru odległości kątowych między ciałami niebieskimi.

Parlament miał nadzieję, że za pomocą tablic Królewskiego Obserwatorium i metody Wernera można będzie obliczyć długość geograficzną „za darmo” (Campbell służył w królewskiej służbie wojskowej i nie przysługiwała mu premia). Ale zegarek Harrisona okazał się wygodniejszy i ostatecznie w marcu 1776 roku – w swoje 83. urodziny – wypłacono mu zasłużoną premię.

Na przestrzeni ostatnich stuleci konstrukcja chronometru Harrisona pozostała praktycznie niezmieniona (z wyjątkiem technologii produkcji i materiałów).

Każdemu człowiekowi czegoś brakuje. Pieniądze dla jednego, uwaga i miłość dla drugiego, zdrowie dla trzeciego. Ale to, czego każdemu brakuje, to czasu. Dlatego ludzie od zawsze marzyli o wynalezieniu urządzenia, za pomocą którego mogliby dokładnie obliczać czas i racjonalnie nim gospodarować.

Jednak większość pierwszych zegarów była bardzo zawodna i zależała od warunków. środowisko. Ale pewnego dnia wynaleziono ultraprecyzyjne urządzenie do pomiaru czasu – chronometr. Co dziwne, ten niesamowity wynalazek wpłynął nie tylko na życie zwykłych ludzi. Przede wszystkim wynalezienie tego urządzenia pomogło żeglarzom lepiej poruszać się po otwartym morzu.

Co to jest chronometr?

Samo słowo „chronometr” pochodzi z połączenia dwóch greckich słów: „czas” (chronos) i „mierzyć” (metr).

Już sama nazwa urządzenia jasno pokazuje, że jego zadaniem jest mierzenie czasu. Innymi słowy, chronometr jest jednak bardzo niezawodny, zdolny do dalszej pracy w każdych warunkach, zarówno w mrozie, jak i tropikalnym upale.

Historia chronometrów

Chronometry nie były pierwszymi zegarkami mechanicznymi. Jednak mechanizmy zegarków przed nimi były bardzo delikatne i łatwo pękały w niesprzyjających warunkach zewnętrznych. Co więcej, nawet w normalnych okolicznościach zegar zaczął „kłamać” w czasie.

Wszystko zmieniło się jednak w 1731 roku, kiedy brytyjski zegarmistrz Harrison wynalazł chronometr. Wynalazek ten stał się bardzo ważny dla rozwoju gospodarki morskiej. Ponieważ urządzenie Harrisona nadal pokazywało absolutnie dokładny czas w każdych warunkach, pomogło to załodze określić długość geograficzną, a następnie współrzędne położenia statku.

Pomimo wysokich kosztów chronometr zaczął być często używany na statkach, a wraz z rozwojem aeronautyki w samolotach.

Warto zauważyć, że projekt Harrisona był tak doskonały, że na przestrzeni lat nie uległ praktycznie żadnym zmianom. Jedyną rzeczą jest to, że część materiałów chronometru została zastąpiona nowocześniejszymi, lekkimi i trwałymi.

Chronometr morski

Wynalazek Harrisona (zanim w XX wieku został wyparty przez prostsze, tańsze zegary morskie ze stabilizacją GPS) był dla żeglarzy najbardziej niezawodnym sposobem określania swojego położenia.

Z reguły wszystkie chronometry morskie miały identyczną standardową konstrukcję. Umieszczono go w specjalnej (najczęściej drewnianej) obudowie, która dzięki konstrukcji koperty utrzymywała chronometr w pozycji poziomej w każdej sytuacji. Etui chroniło mechanizm zegarka przed narażeniem na zmiany temperatury, a także zmiany położenia urządzenia.

Chronometry w zegarkach naręcznych

Wraz z wynalezieniem ultraprecyzyjnych zegarków wiele osób zaczęło marzyć o posiadaniu takich samych zegarków w swoich domach. Opierając się na wynalazku Harrisona, początkowo zaczęli produkować ultraprecyzyjne zegary ścienne i stołowe do użytku domowego. Nieco później technologia umożliwiła zmniejszenie mechanizmu i stworzenie chronometrów naręcznych, tak niezbędnych dla zabieganych ludzi, dla których każda sekunda jest na wagę złota.

Od pojawienia się zegarków naręcznych z precyzją chronometru minęło kilkadziesiąt lat. A dziś każda szanująca się firma zegarmistrzowska ma w swojej ofercie modele z chronometrem. Mimo to najdokładniejszy i najwyższej jakości jest oczywiście szwajcarski chronometr.

Co więcej, to właśnie w Szwajcarii sprawdzają chronometry z całego świata. Dla takich zegarków opracowano również specjalistyczną normę jakości ISO 3159-1976.

Jak sprawdzić, czy Twój zegarek ma chronometr?

Każdy marzy o posiadaniu bardzo dokładnego zegarka. Chociaż większość zegarków naręcznych wskazuje, czy zegarek zawiera chronometr, istnieją wyjątki. Dlatego możesz samodzielnie sprawdzić jego obecność lub brak w swoim akcesorium.

Aby to sprawdzić, należy upewnić się, czy zegarek ma nową baterię lub jak długo był nakręcany, aby nie zakłócić czystości eksperymentu. Następnie musisz ustawić dokładny czas. Następnie zegarek należy przesunąć do pozycji dolnej i pozostawić w tej formie na dwadzieścia cztery godziny. Po upływie terminu ważności należy go odwrócić do góry nogami i pozostawić na kolejne dwadzieścia cztery godziny. Teraz możesz sprawdzić czas rzeczywisty. Jeśli w ciągu dwóch dni od niestandardowej pozycji zegarek zacznie „kłamać” zaledwie o +/- 8-12 sekund - jest to chronometr. Przy większych wartościach - stałe godziny.

Możesz spróbować wykonać test w domu na inne sposoby. Na przykład powieszenie zegara na ścianie - dwadzieścia cztery godziny w zwykłej pozycji i tyle samo w odwrotnej kolejności. Można także sprawdzić temperatury. Warto jednak wziąć pod uwagę, że zegarka nie należy długo chłodzić o mniej niż osiem stopni powyżej zera i więcej niż dwadzieścia pięć stopni.

Chronometr i chronograf: jaka jest różnica?

Mówiąc o zegarkach na rękę, wiele osób często myli podobne pojęcia, takie jak chronograf i chronometr. I chociaż słowa są bardzo podobne, ich znaczenie jest zupełnie inne.

Jeśli chronometr to zegarek ze specjalną konstrukcją mechanizmu, która pozwala mu dokładnie pokazywać czas w każdych warunkach, to chronograf to maleńkie dodatkowe tarcze w zegarkach z autonomicznymi mechanizmami. Czasami chronografy wyświetlają oddzielny czas lub mają wskazówkę sekundową.

Od czasu wynalezienia chronometru minęło ponad dwieście pięćdziesiąt lat. Od tego czasu nie zyskała ona tak dużej popularności w gospodarce morskiej, zwłaszcza wraz z wynalezieniem nawigacji GPS. Jednak jego niesamowita dokładność pozostaje niezmieniona. Dlatego wiele osób wciąż marzy o posiadaniu szwajcarskiego zegarka z chronometrem i zawsze dokładnego określania godziny.

Chronometry morskie swoją genezę zawdzięczają problematyce nawigacji na morzu. Podstawą zawsze było i pozostaje określenie położenia i kierunku ruchu statku, a także pomiar prędkości, odległości i czasu przemieszczania się statku z jednego punktu do drugiego.

Rozwój nawigacji szedł w parze z odkryciami faktycznego kształtu Ziemi, jej rozmiarów oraz rozwojem technologii umożliwiających dokładne mierzenie czasu. Starożytni nawigatorzy wkrótce odkryli, że Ziemia się obraca, a Gwiazda Północna zawsze pozostaje w tym samym punkcie nieba, a kierując się na południe w stronę horyzontu, mogą dotrzeć do krajów o ciepłym klimacie. Mierząc kąt między Gwiazdą Polarną a horyzontem i kierując się ściśle z północy na południe, nawigatorzy mogli w przybliżeniu określić szerokość geograficzną swojego położenia.

Określenie długości geograficznej okazało się znacznie trudniejsze. Przez wiele stuleci żeglując ze wschodu na zachód, żeglarze mogli jedynie zgadywać, jakie jest ich położenie na otwartym morzu. Na przykład podczas swojej transatlantyckiej podróży w 1492 roku Krzysztof Kolumb wierzył, że szybko dotrze do Indii Wschodnich, podczas gdy jego statek nie odpłynie tak daleko od Europy. Długość geograficzną można określić na podstawie położenia gwiazd na niebie, ale gwiazdy powoli przemieszczały się po niebie na wschód. Dlatego konieczne było poznanie dokładnego czasu lokalnego względem jakiegoś stałego punktu przyjętego za początek (na przykład Greenwich). Ponieważ Ziemia obraca się o 360 stopni w ciągu dnia i o 15 stopni w ciągu godziny, różnica między czasem lokalnym a czasem Greenwich, pomnożona przez 15, będzie równa długości geograficznej statku. Zatem dokładność określenia długości geograficznej będzie zależeć od dokładności zegara. Przykładowo na równiku błąd jednej sekundy oznacza błąd w położeniu statku o 400 metrów.

Jednak pierwsze dokładne zegarki wynaleziono dopiero w połowie XVIII wieku. Głównymi problemami dokładnego określenia czasu w warunkach morskich były zmiany temperatury, wilgotności, ciągły ruch i zmiany siły grawitacji Ziemi na różnych szerokościach geograficznych. Dlatego też przyrząd chronometryczny do dokładnego pomiaru czasu musiał zawierać szereg rewolucyjnych wynalazków i rozwiązań technicznych, aby wszystkie te problemy zostały wyeliminowane.

W 1714 roku parlament brytyjski w związku z dużymi stratami statków związanymi z błędnym określeniem lokalizacji statków ogłosił dla każdego nagrodę w wysokości 20 000 funtów, co dziś odpowiada 2 milionom dolarów amerykańskich, za stworzenie urządzenia zdolnego do określenie długości geograficznej statku w dowolnym miejscu na Ziemi z dokładnością do pół stopnia, co odpowiada 30 minutom długości geograficznej.

W 1731 roku, równolegle z pracami nad dokładnym zegarem, ostatecznie rozwiązano problem dokładnego określenia szerokości geograficznej statku. John Hadley, wiceprezes Królewskiego Towarzystwa Wiedzy Naturalnej, zaproponował narzędzie do dokładnego wyznaczania kąta między horyzontem a ciałami niebieskimi, które opierało się na zasadzie podwójnego załamania promieni. Urządzenie to nazwano sekstansem.

Jednym z wielu, którzy starali się zdobyć nagrodę brytyjskiego parlamentu, był John Harrison. Do 1727 roku zbudował pierwszy zegarek z wagą składającą się z 9 różnych metali, który praktycznie nie podlegał zmianom temperatury. W 1735 roku, po wielu eksperymentach, Harrison przedstawił Towarzystwu Królewskiemu swój pierwszy chronometr morski, zwany H1. Był to duży, groźnie wyglądający zegarek, ważył 35 kg, ale zawierał wiele unikalnych rozwiązań technicznych, które podczas testów pozwoliły wykryć błąd w pozycji statku z odległości 150 km.

W 1739 roku Harrison wprowadził nowy model chronometru, nazwany H2, zawierający szereg istotnych zmian w konstrukcji, ale ważący znacznie więcej niż poprzedni. Jej procesy nigdy nie zostały zakończone ze względu na wybuch wojny siedmioletniej między Anglią a Francją.

Nieco później Harrison poinformował komisję o rozpoczęciu tworzenia trzeciego modelu chronometru – H3. Jednak prace nad nim zostały przerwane, ponieważ duże, nieporęczne i niewygodne w utrzymaniu modele nie odpowiadały potrzebom marynarki wojennej. W 1757 roku Wielkie Jury zażądało znacznego zmniejszenia wielkości chronometru, po czym rozpoczęto prace nad modelem H4, które ukończono dwa lata później. Nowy chronometr miał średnicę 12 cm, co w pełni spełniało wymagania Komisji. Harrison miał otrzymać nagrodę za nowy chronometr po ukończeniu prób morskich.

Testy H4 rozpoczęły się w 1761 roku na pokładzie statku Deptford płynącego z Londynu na Jamajkę. Konserwację chronometru powierzono synowi Harrisona, Williamowi Harrisonowi. Warunki testu zostały w pełni spełnione. Gdy statek dopłynął do wybrzeży Jamajki, chronometr morski pokazywał błąd 1/5 sekundy na dobę, czyli 10 razy dokładniej niż wymagano na zawodach. Harrison odbył podróż powrotną, która nie była już częścią testów, na slupie Merlin. Podczas silnej burzy H4 został uszkodzony i przybył do Anglii w stanie, który uniemożliwił Harrisonowi otrzymanie nagrody pieniężnej.

Powodów formalnych, dla których komisja nie przyznała nagrody Harrisonowi, było wiele, ale najważniejszym z nich był fakt, że niektórzy członkowie komisji sami chcieli zdobyć nagrodę pieniężną. Na próżno Harrison zabiegał o uznanie testów za udane. Jego dowody uznano za niejednoznaczne.

28 marca 1764 roku rozpoczęły się powtórne testy H4. Tatar popłynął do Portsmouth. Syn Harrisona był na pokładzie, tak jak ostatnim razem. Przez pięć miesięcy podróży zegarek odbiegał jedynie o 54 sekundy, a po zaplanowanej regulacji odchylenie zmalało do 15 sekund. W takiej sytuacji otrzymanie nagrody nie budziło już żadnych wątpliwości.

Kopia chronometru H4 wykonanej przez Kendella i nazwana K1 posłużyła Thomasowi Cookowi podczas jego trzyletniej podróży dookoła świata, gdzie chronometr sprawdził się najlepiej.

W wieku 78 lat Harrison stworzył nowy model, H5, który dodatkowo spełnił wymagania komisji. Jednak Harrison otrzymał nagrodę dopiero w 1773 roku, po złożeniu petycji do króla Jerzego III.

Tworząc chronometr morski, Harrisson radykalnie zrewolucjonizował ówczesne rozumienie możliwej dokładności zegarków. Spędziwszy większość swojego życia na tworzeniu chronometru morskiego, Harrison rozwiązał prawie wszystkie problemy związane ze specyfiką obsługi zegarków w warunkach morskich.

Aby zachować stabilność oscylacji podczas zamachu i zmniejszyć wpływ grawitacji na dokładność ruchu, Harrison wprowadził drugą wagę, tak aby obie wagi oscylowały w tej samej płaszczyźnie, ale w przeciwnych kierunkach, a chronometr umieścił na ruchoma podpórka, pozwalająca na ustawienie zegarka wyłącznie w pozycji poziomej. Aby zapewnić stałość momentu obrotowego sprężyny głównej, zastosowano urządzenie fusi, a także proponowano jednoczesne nakręcanie zegarka, tak aby w momencie pomiaru, który zwykle był o godzinie 12:00, różnicę momentu obrotowego można zminimalizować tak bardzo, jak to możliwe. Dodatkowo, aby zmniejszyć wpływ temperatury i wilgotności na koło balansowe, wykonano je z kilku metali, co umożliwiło zmniejszenie współczynnika rozszerzalności metalu. Aby ograniczyć wpływ zmian temperatury, chronometry morskie zaczęto umieszczać w drewnianych skrzynkach, które były rodzajem termosu utrzymującego stałą temperaturę.

Dziś w szwajcarskim przemyśle zegarmistrzowskim oprócz produkcji profesjonalnych chronometrów morskich produkują także zegarki naręczne noszące napis Marine Chronometer. Są to przede wszystkim zegarki z serii Ulysse Nardin i Breguet Marine. Zegarki te wyróżniają się zwiększoną dokładnością w porównaniu do konwencjonalnych. W niektórych modelach zastosowano szereg rozwiązań technicznych zaczerpniętych z nawigacyjnych chronometrów morskich. Ponadto zegarki te zawsze przechodzą bardziej rygorystyczną selekcję części i dłuższe testy, co czyni je zasłużenie droższymi od zegarków podobnej klasy.

Dzięki dokładnemu pomiarowi czasu, znanej stałej lokalizacji, takiej jak średni czas Greenwich (GMT) i czasu w Twojej bieżącej lokalizacji. Opracowany po raz pierwszy w XVIII wieku, był poważnym osiągnięciem technicznym, ponieważ dokładna znajomość czasu podczas długiej podróży morskiej jest niezbędna do nawigacji bez środków elektronicznych i komunikacyjnych. Pierwszym prawdziwym chronometrem było dzieło życia jednego człowieka, Johna Harrisona, obejmujące 31 lat nieustannych eksperymentów i testów, które zrewolucjonizowały nawigację morską (a później powietrzną) i umożliwiły przyspieszenie epoki odkryć i kolonializmu.

Termin chronometr powstało z greckich słów chronosomy(wartość czasu) i metr(wartość przeciwna) w 1714 r. przez Jeremy'ego Tuckera, wczesnego konkurenta do nagrody ustanowionej na mocy Prawa Długości Geograficznej w tym samym roku. Ostatnio coraz szerzej używa się go do opisania zegarka, który został przetestowany i certyfikowany pod kątem spełnienia określonych standardów dokładności. Zegarki wyprodukowane w Szwajcarii mogą wyświetlać słowo „chronometr” tylko wtedy, gdy posiadają certyfikat.

fabuła

Aby określić położenie na powierzchni Ziemi, konieczna i wystarczająca jest znajomość szerokości, długości i wysokości geograficznej. Względy wysokości można oczywiście zignorować w przypadku statków eksploatowanych na poziomie morza. Do połowy lat pięćdziesiątych XVIII wieku dokładna nawigacja na morzu z widoku lądu była nierozwiązanym problemem ze względu na trudności w obliczaniu długości geograficznej. Nawigatorzy mogą określić swoją szerokość geograficzną, mierząc kąt słońca w południe (to znaczy, kiedy osiągnęło ono swój najwyższy punkt na niebie, czyli punkt kulminacyjny) lub, na półkuli północnej, mierząc kąt Polaris (Gwiazdy Północnej) od horyzont (zwykle o zmierzchu). Aby jednak określić swoją długość geograficzną, potrzebują wzorca czasu, który będzie działał na pokładzie statku. Obserwacje regularnych ruchów ciał niebieskich, takie jak metoda Galileusza oparta na obserwacjach naturalnych satelitów Jowisza, na morzu zwykle nie są możliwe ze względu na ruch statków. Metoda odległości księżycowej, pierwotnie zaproponowana przez Johannesa Wernera w 1514 r., została opracowana równolegle z chronometrem morskim. Holenderski naukowiec Gemma, Frisius Renier, jako pierwszy zaproponował użycie chronometru do określania długości geograficznej w 1530 roku.

Celem chronometru jest dokładny pomiar czasu w znanym, stałym miejscu, takim jak średni czas Greenwich (GMT). Jest to szczególnie ważne w przypadku nawigacji. Znajomość czasu GMT w południe lokalnym pozwala nawigatorowi wykorzystać różnicę czasu między pozycją statku a południkiem Greenwich do określenia długości geograficznej statku. Ponieważ Ziemia obraca się ze stałą częstotliwością, różnicę czasu między chronometrem a czasem lokalnym statku można wykorzystać do obliczenia długości geograficznej statku względem południka Greenwich (określanego jako 0°) przy użyciu trygonometrii sferycznej. W nowoczesna praktyka Almanach nawigacyjny i tabele trygonometryczne umożliwiają nawigatorom mierzenie Słońca, Księżyca, widocznych planet lub dowolnej z 57 wybranych gwiazd na potrzeby nawigacji w dowolnym momencie, gdy widoczny jest horyzont.

Stworzenie chronometru, który działałby niezawodnie na morzu, było trudne. Aż do XX wieku najlepsi mierzący czas mieli zegary wahadłowe, ale zarówno kołysanie się statków na morzu, jak i zmiany grawitacji Ziemi sięgające 0,2% sprawiały, że prosta podstawa grawitacji wahadła była bezużyteczna zarówno w teorii, jak i praktyce.

Pierwsze chronometry morskie

Pierwsze opublikowane użycie tego terminu miało miejsce w 1684 r Arcanum Navarchicum, praca teoretyczna profesora Keela Matthiasa Wasmutha. Następnie pojawiły się dalsze teoretyczne opisy chronometru w pracach opublikowanych przez angielskiego naukowca Williama Dyrhama w 1713 r. Główne dzieło Dyrhama, pt. fizykoteologia, czyli ukazanie istot i atrybutów Boga na podstawie jego dzieł stwórczych, a także zasugerował zastosowanie uszczelnienia próżniowego w celu zapewnienia większej dokładności działania zegarków. Próby zbudowania działającego chronometru morskiego rozpoczęli Jeremy Tucker w Anglii w 1714 r., a Henry Sully we Francji dwa lata później. Sully opublikował swoje dzieło w 1726 r Une Orloga inventée et executée nominalnie M. Sulli, ale ani jego model, ani model Tuckera nie były w stanie wytrzymać wzburzonego morza i utrzymać dokładnego czasu w warunkach pokładowych.

W 1714 r. rząd brytyjski przyznał nagrodę za długość geograficzną za metodę określania długości geograficznej na morzu, a nagrody wahały się od 10 000 do 20 000 funtów (2 000 000 milionów funtów w przeliczeniu na 4 funty w 2019 r.) w zależności od dokładności. John Harrison, cieśla z Yorkshire, przedstawił projekt w 1730 r., a w 1735 r. ukończył zegar oparty na parze podwieszanych belek o przeciwnych oscylacjach, połączonych sprężynami, na ruch nie ma wpływu grawitacja ani ruch statku. Jego pierwsze dwa chronometry morskie, H1 i H2 (ukończone w 1741 r.), korzystały z tego systemu, zdał sobie jednak sprawę, że mają one fundamentalną wrażliwość na siłę odśrodkową, co oznacza, że ​​na morzu nigdy nie będą wystarczająco dokładne. Konstrukcja jego trzeciej maszyny, oznaczonej jako H3, w 1759 roku obejmowała nowe pozostałości pierścieniowe oraz wynalezienie bimetalicznych łożysk tocznych paskowych i klatkowych, wynalazki, które są nadal szeroko stosowane. Jednak okrągłe pozostałości H3 nadal okazały się zbyt niedokładne i ostatecznie porzucił większe maszyny.

Harrison rozwiązał problemy z dokładnością za pomocą swojego znacznie mniejszego projektu chronometru H4 w 1761 roku. H4 wyglądał tak samo jak duży zegarek kieszonkowy o średnicy pięciu cali (12 cm). W 1761 roku Harrison zaprezentował H4 na Longitude za nagrodę w wysokości 20 000 funtów. Jego konstrukcja wykorzystuje szybko bijące koło balansowe, kontrolowane przez sprężynę śrubową z kompensacją temperatury. Funkcje te pozostawały w użyciu, dopóki stabilne oscylatory elektroniczne nie pozwoliły na produkcję bardzo dokładnych zegarków przenośnych w przystępnej cenie. W 1767 roku Rada Długości geograficznej opublikowała opis jego twórczości w Zasady chronometrażysty pana Harrisona .

Nowoczesny chronometr

Najbardziej kompletna międzynarodowa kolekcja chronometrów morskich, w tym Harrison H1 H4, znajduje się w Królewskim Obserwatorium Greenwich w Londynie w Wielkiej Brytanii.

Chronometry mechaniczne

Decydującym problemem było znalezienie rezonatora, który pozostałby niezmieniony ze względu na zmieniające się warunki panujące na statku na morzu. Równowaga, ciągniona za pomocą sprężyny, rozwiązuje większość problemów związanych z ruchem statku. Niestety elastyczność większości materiałów sprężyn balansowych zmienia się w zależności od temperatury. Aby skompensować stale zmieniającą się siłę sprężyny, większość pozostałości chronometru wykorzystuje bimetaliczny pasek do przesuwania małych ciężarków w kierunku środka oscylacji i od niego, zmieniając w ten sposób okres wagi w celu dopasowania do zmieniającej się siły sprężyny. Problem równowagi sprężyny został rozwiązany poprzez zastosowanie stopu stali niklowej zwanego elinvar ze względu na jego stałą elastyczność normalne temperatury. Wynalazcą był Guillaume, który w 1920 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w uznaniu jego pracy metalurgicznej.

Zejście służy dwóm celom. Po pierwsze, pozwala pociągowi ułamkowo i z wyprzedzeniem rejestrować wahania równowagi. Jednocześnie zapewnia znikomą ilość energii, aby przeciwdziałać drobnym stratom wynikającym z tarcia, utrzymując w ten sposób pęd oscylującej wagi. Wychwyt to część, która tyka. Ponieważ naturalny rezonans oscylującej wagi stanowi serce chronometru, wychwyty chronometru zaprojektowano tak, aby w jak najmniejszym stopniu zakłócały równowagę. Istnieje wiele konstrukcji mechanizmów spustowych o stałej sile i indywidualnych, ale najczęściej spotykane są zatrzaski sprężynowe i zatrzaski obrotowe. W obu przypadkach mały zatrzask blokuje koło ewakuacyjne i pozwala, aby waga przez krótki czas obracała się całkowicie bez zakłóceń, z wyjątkiem środka wibracji, kiedy jest najmniej narażona na wpływy zewnętrzne. W środku oscylacji rolka na łączniku balansowym chwilowo przesuwa zapadkę, umożliwiając przejście jednego zęba koła wychwytowego. Ząb koła jezdnego przekazuje następnie swoją energię drugiemu wałkowi na łacie równoważącej. Ponieważ koło jezdne obraca się tylko w jednym kierunku, waga otrzymuje pęd tylko w jednym kierunku. Podczas odwrotnego obrotu sprężyna przechodząca na końcu zapadki umożliwia odblokowanie rolki przez laskę w celu poruszania się bez przesuwania zapadki. Najsłabszym ogniwem każdego mechanicznego chronometrażysty jest smarowanie wychwytu. W miarę jak olej gęstnieje w wyniku starzenia się, temperatury lub wilgoci rozpraszanej lub parowania, prędkość ulegnie zmianie, czasami dramatycznej, ponieważ ruch wagi jest zmniejszony z powodu zwiększonego tarcia w wychwytie. Wychwyt blokujący ma zdecydowaną przewagę nad innymi wychwytami, ponieważ nie wymaga smarowania. Impuls z koła jezdnego do rolki impulsowej jest prawie martwy, co oznacza, że ​​lekko poruszająca się akcja wymaga smarowania. Koło wychwytowe chronometru i sprężyny są zwykle złote ze względu na zmniejszone tarcie ślizgowe metalu w stosunku do mosiądzu i stali.

Chronometry często zawierają inne innowacje w celu poprawy ich wydajności i dokładności. Twarde kamienie, takie jak rubin i szafir, są często używane jako klejnoty łożyskowe w celu zmniejszenia tarcia i zużycia czopów i wychwytu. Diament jest często używany jako kamień nasadkowy dolnego końca wahadłowego, aby zapobiec zużyciu spowodowanemu latami ciężkich pozostałości po wahadłowcu na małym końcu wahadłowym. Do końca produkcji chronometrów mechanicznych w trzeciej ćwierci XX wieku producenci kontynuowali eksperymenty z takimi elementami, jak łożyska kulkowe i chromowane zawiasy.

Chronometry morskie zawsze zawierają układ podtrzymujący moc, który utrzymuje chronometr w trakcie nakręcania, oraz rezerwę chodu wskazującą, jak długo chronometr będzie działał bez nakręcania. Chronometry morskie to najdokładniejsze przenośne zegarki mechaniczne, jakie kiedykolwiek wyprodukowano, osiągające dokładność około 0,1 sekundy dziennie lub mniej niż jedną minutę rocznie. Jest wystarczająco dokładny, aby zlokalizować położenie statku w promieniu 1–2 mil (2–3 km) po miesięcznej podróży morskiej.