Ωρολογιακός μηχανισμός

Ωρολογιακός μηχανισμός ρολογιού χειρός

Ο ωρολογιακός μηχανισμός είναι μηχανισμός που τίθεται σε λειτουργία χειροκίνητα μέσω συνόλου γραναζιών.

Οι ωρολογιακοί μηχανισμοί τροφοδοτούνται συνήθως από ωρολογιακό μοτέρ το οποίο αποτελείται από ένα κύριο ελατήριο και ένα σπειροειδές ελατήριο συστροφής με μεταλλική κορδέλα. Η ενέργεια αποθηκεύεται χειροκίνητα στο κύριο ελατήριο, μέσω της περιστροφής του, στρέφοντας ένα κλειδί συνδεδεμένο σε έναν αναστολέα, ο οποίος περιστρέφει το κύριο ελατήριο. Στη συνέχεια, η δύναμη του κυρίου ελατηρίου στρέφει τα γρανάζια του ρολογιού, μέχρι να εξαντληθεί η αποθηκευμένη ενέργεια.

Ιστορικά στοιχεία

Το παλαιότερο γνωστό παράδειγμα ωρολογιακού μηχανισμού είναι ο μηχανισμός των Αντικυθήρων, ένας αναλογικός υπολογιστής του πρώτου αιώνα π.Χ., παρόμοιος με αστρολάβο, που χρησιμοποιούνταν για τον υπολογισμό των αστρονομικών θέσεων και των εκλείψεων και βρέθηκε σε ελληνικό ναυάγιο. Υπάρχουν πολλές ακόμη αναφορές για ωρολογιακούς μηχανισμούς στην αρχαία Ελλάδα, ακόμη και στη μυθολογία. Όμως ο ίδιος ο μηχανισμός είναι αρκετά εξεζητημένος ώστε να υπερκαλύπτει την σημαντική ιστορία των μικρότερων συσκευών πριν τη δημιουργία του.

Σε κάποιο βαθμό, αυτό το επίπεδο πολυπλοκότητας στην τεχνολογία των ωρολογιακών μηχανισμών χάθηκε ή ξεχάστηκε στην Ευρώπη και επέστρεψε μόνο μετά τη μεταφορά του από τον ισλαμικό κόσμο μετά τις Σταυροφορίες, μαζί με άλλες γνώσεις που οδήγησαν στην Αναγέννηση. Οι ωρολογιακοί μηχανισμοί έφτασαν τελικά σε βαθμό ισοδύναμο με τις προρωμαϊκά τεχνολογικά επίπεδα τον 14ο αιώνα.

Όπως και στην ελληνική μυθολογία, υπάρχουν φιλόδοξοι ισχυρισμοί για μηχανισμούς αυτοματισμού στους θρύλους άλλων πολιτισμών. Για παράδειγμα, στον εβραϊκό μύθο ο Σολομών χρησιμοποίησε τη σοφία του για να σχεδιάσει έναν θρόνο με μηχανικά ζώα που τον ανακήρυξαν βασιλιά όταν τον ανέβηκε. Ένας αετός που κάθισε στο κεφάλι του, του τοποθέτησε το στέμμα, και ένα περιστέρι του έφερε έναν κύλινδρο Τορά. Λέγεται επίσης ότι όταν ο βασιλιάς Σολομών ανέβηκε στον θρόνο, ενεργοποιήθηκε ένας μηχανισμός. Μόλις έκανε το πρώτο βήμα, ένα χρυσό βόδι και ένα χρυσό λιοντάρι χρησιμοποίησαν ένα πόδι τους για να τον στηρίξουν και να τον βοηθήσουν να ανέβει στο επόμενο βήμα. Από κάθε πλευρά, τα ζώα βοήθησαν τον βασιλιά μέχρι να ανέβει στην κορυφή του θρόνου.

Στην αρχαία Κίνα, μια περίεργη έκθεση σχετικά με συσκευή αυτοματοποίησης βρίσκεται στο κείμενο Λιέ Ζου, που γράφηκε τον 3ο αιώνα π.Χ. Μέσα σε αυτό υπάρχει περιγραφή μιας προγενέστερης συνάντησης του βασιλιά Μου των Ζου (1023-957 π.Χ.) και ενός μηχανολόγου μηχανικού γνωστού ως Γιαν Σι, ο οποίος ήταν «τεχνίτης». Ο τελευταίος παρουσίασε με υπερηφάνεια στον βασιλιά την μηχανική χειροτεχνία του σε σχήμα και μέγεθος ανθρώπινης μορφής:

Ο βασιλιάς κοίταξε την μορφή έκπληκτος. Περπατούσε σε γρήγορο ρυθμό, κινούσε το κεφάλι του πάνω και κάτω, έτσι ώστε οποιοσδήποτε μπορούσε να το θεωρήσει ζωντανό ανθρώπινο ον. Ο τεχνίτης άγγιξε το πηγούνι της φιγούρας και αυτή άρχισε να τραγουδάει. Ακούμπησε το χέρι του και άρχισε να λαμβάνει στάση... Καθώς η παράσταση έφτασε στο τέλος, το ρομπότ έκλεισε το μάτι του και χαιρέτησε τις κυρίες που βρισκόταν εκεί, για να παρακολουθήσουν την εκτέλεση του Γιαν Σι από τον βασιλιά. Στη συνέχεια ο βασιλιάς πήρε το ρομπότ για να εξετάσει τα υλικά κατασκευής του. Και, πράγματι, αποδείχθηκε ότι είναι μόνο μια κατασκευή από δέρμα, ξύλο, κόλλα και βερνίκι, σε διάφορα χρώματα: λευκό, μαύρο, κόκκινο και μπλε. Εξετάζοντάς τον προσεκτικά, ο βασιλιάς παρατήρησε πως όλα τα εσωτερικά όργανα του ήταν πλήρη – ήπαρ, χολή, καρδιά, πνεύμονες, σπλήνα, νεφρά, στομάχι και έντερα. Και πάνω από αυτά και πάλι, οι μύες, τα οστά και τα άκρα με τις αρθρώσεις τους, το δέρμα, τα δόντια και τα μαλλιά, όλα τεχνητά... Ο βασιλιάς προσπάθησε να απομακρύνει την καρδιά και διαπίστωσε ότι το στόμα σταμάτησε να μιλά. Έβγαλε το συκώτι και τα μάτια δεν έβλεπαν. Έβγαλε τα νεφρά και τα πόδια έχασαν τη δύναμή τους για μετακίνηση. Ο βασιλιάς ήταν ευχαριστημένος.

Σε άλλα αξιοσημείωτα παραδείγματα περιλαμβάνεται η περιστέρα του Αρχύτα, που αναφέρεται από τον Αύλο Γέλλιο. Παρόμοιες κινεζικές αναφορές για ιπτάμενες συσκευές αυτοματοποίησης έχουν γραφεί τον 5ο αιώνα π.Χ. από τους Μοϊστές φιλοσόφους Μοτζού και Λου Μπαν, ο οποίος κατασκεύασε τεχνητά ξύλινα πτηνά (ma yuan) τα οποία μπορούσαν να πετάξουν με επιτυχία, σύμφωνα με το Han Fei Zi και άλλα κείμενα.

Μέχρι τον 11ο αιώνα, οι ωρολογιακοί μηχανισμοί χρησιμοποιήθηκαν τόσο σε ρολόγια όσο και για την παρακολούθηση των αστρονομικών γεγονότων στην Ευρώπη. Τα ρολόγια δεν ήταν πολύ ακριβή σε σύγκριση με τα σύγχρονα πρότυπα, αλλά οι αστρονομικές συσκευές χρησιμοποιήθηκαν προσεκτικά για να προβλέψουν τις θέσεις των πλανητών και άλλες κινήσεις. Την ίδια χρονική περίοδο στην Ευρώπη, χρησιμοποιήθηκαν μηχανικοί ρυθμιστές στα της εποχής.

Μέχρι τον 15ο αιώνα, οι ωρολογιακοί μηχανισμοί κινούνταν από νερό, βάρη ή άλλους έμμεσους τρόπους, με σχετικά πρωτόγονα μέσα. Ωστόσο, το 1430 παρουσιάστηκε στον Φίλιππο Γ΄ τον Καλό δούκα της Βουργουνδίας, ένα ρολόι που κινούνταν από ένα ελατήριο. Η μέθοδος αυτή τυποποιήθηκε μαζί με τις κινήσεις βαριδίων. Στα μέσα του 16ου αιώνα, ο Κρίστιαν Χόυχενς εμπνεύστηκε από τον Γαλιλαίο Γαλιλέι και ανέπτυξε τον πρώτο σύγχρονο μηχανισμό εκκρεμούς. Εντούτοις, ενώ το ελατήριο ή το βαρίδιο παρείχαν την κινητήρια δύναμη, το εκκρεμές απλώς έλεγχε τον ρυθμό απελευθέρωσης αυτής της ισχύος μέσω κάποιου μηχανισμού διαφυγής (ρυθμιστής) με ρυθμιζόμενο ρυθμό.

Το Ινστιτούτο Σμιθσόνιαν έχει στη συλλογή του έναν ωρολογιακό μηχανισμό σε μορφή μοναχού, ύψους περίπου 380 χιλιοστών (15 ίντσες), που πιθανώς χρονολογείται από το 1560. Ο μοναχός κινείται μέσω ενός ελατηρίου με κλειδί, επί τετράγωνης διαδρομής, χτυπά το στήθος του με το δεξί του χέρι, ενώ ανεβάζει και κατεβάζει ένα μικρό ξύλινο σταυρό και ένα ροζάριο στο αριστερό του χέρι, γυρνά και κουνά το κεφάλι του, γυρίζει τα μάτια του και σχηματίζει μορφασμούς στο πρόσωπο του. Ανά περιόδους φέρνει το σταυρό στα χείλη του και τον φιλάει. Πιστεύεται ότι ο μοναχός κατασκευάστηκε από τον Χουανέλο Τουριάνο, μηχανολόγο του Αυτοκράτορα της Αγίας Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας, Καρόλου Ε΄.

Επισκόπηση

Κλειδιά διαφόρων μεγεθών που χρησιμοποιούνται για το κούρδισμα των κύριων ελατηρίων των ρολογιών

Μηχανισμός ρολογιού τοίχου, Ansonia Co. 1904

Συχνά, η ισχύς που χρησιμοποιείται από τη συσκευή αποθηκεύεται μέσα σε αυτήν, μέσω μίας συσκευής περιέλιξης που εφαρμόζει μηχανική πίεση σε ένα μηχανισμό αποθήκευσης ενέργειας, όπως το κύριο ελατήριο, γεγονός που συνεπάγεται κάποια διαφυγή ενέργειας. Σε άλλες περιπτώσεις, μπορεί να χρησιμοποιηθεί δύναμη χειρός. Η χρήση τροχών, είτε συνδέεται με τριβή είτε με γρανάζια, για την ανακατεύθυνση της κίνησης ή την αύξηση της ταχύτητας ή της ροπής, είναι συνηθισμένη. Πολλά ρολόγια έχουν κατασκευαστεί κατά κύριο λόγο για να χρησιμεύσουν ως άμεσες ή έμμεσες παρακάμψεις της ισχύος της μηχανικής ευφυίας σε αυτόν τον τομέα. Μερικές φορές τα ρολόγια και οι μηχανισμοί χρονισμού χρησιμοποιούνται για την εκκίνηση εκρηκτικών, χρονιστών, συναγερμών και πολλών άλλων συσκευών.

Παραδείγματα

Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα είναι τα μηχανικά ρολόγια τοίχου και χειρός. Σε άλλα παραδείγματα περιλαμβάνονται:

• Κουρδιστά παιχνίδια – συνήθως έχουν την μορφή απλού μηχανικού μοτέρ, ή δημιουργούν αυτοματοποίηση. Κουρδίζονται είτε με κλειδιά ή με μοτέρ.
• Τα περισσότερα κλείστρα των φωτογραφικών μηχανών χρησιμοποιούν ωρολογιακό μηχανισμό με τρόπο παρόμοιο με τα ρολόγια χειρός.
• Μηχανισμοί για την περιστροφή του κατόπτρου των φάρων πριν την εμφάνιση των ηλεκτροκινητήρων.
• Μηχανικές αριθμομηχανές, που χρησιμοποιήθηκαν πριν από την ανάπτυξη ηλεκτρονικών υπολογιστών την περίοδο του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου. Μεταξύ των πιο σύνθετων ήταν οι διαφορικές και αναλυτικές μηχανές του Μπάμπατζ, οι οποίες ήταν μηχανικές εκδόσεις υπολογιστών.
• Αστρονομικά μοντέλα, όπως πλανητοσκόπια των οποίων η ιστορία εκτείνεται εκατοντάδες χρόνια.
• Μουσικά κουτιά, τα οποία ήταν ιδιαίτερα δημοφιλή κατά τον 19ο αιώνα και στις αρχές του 20ού.
• Σχεδόν όλοι οι φωνόγραφοι που κατασκευάστηκαν πριν την δεκαετία του 1930.
• Χειροκίνητες ηλεκτρικές συσκευές, όπως το ωρολογιακό ραδιόφωνο, όπου ένα ελατήριο αποθήκευσης ενέργειας που αποτελεί μεγάλο μέρος του μεγέθους και του βάρους της συσκευής περιστρέφει μια πολύ μικρότερη ηλεκτρική γεννήτρια. Αυτός ο εξοπλισμός είναι πολύ δημοφιλής όταν δεν υπάρχουν μπαταρίες και ηλεκτρική τροφοδοσία.

Ελατήρια παλιού ρολογιού με μηχανισμό χτυπήματος

Ωρολογιακός μηχανισμός μουσικού κουτιού

Μοντέλο μηχανισμού ξυπνητηριού με δύο κύρια ελατήρια (μαύρα σπειροειδή)

Η Διαφορική Μηχανή Νο. 1 του Τσαρλς Μπάμπατζ, στο Μουσείο Επιστημών του Λονδίνου. Ο πρώτος υπολογιστής

Πλαστικός ωρολογιακός μηχανισμός σύγχρονου ρολογιού μαγειρικής