ρολόι

Όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του χρόνου. Όλες οι μέθοδοι για τη μέτρηση του χρόνου βασίζονται στη χρησιμοποίηση κάποιας κανονικής κίνησης με την οποία η διαφορά χρόνου μετατρέπεται σε διαφορά διαστήματος που διακρίνεται εύκολα. Το πρώτο ρ. της ιστορίας, το ηλιακό Ρ. εκμεταλλευόταν την ταχύτητα της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της ή, καλύτερα, τη φαινομενική ταχύτητα της περιστροφής του Ήλιου γύρω από τη Γη. Το όργανο αυτό όμως δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί τη νύχτα ή όταν ο ουρανός είναι συννεφιασμένος. Έτσι πέρασαν στη χρήση της κλεψύδρας: το όργανο αυτό εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι ίσες ποσότητες υγρού (νερού) ή στερεού (άμμου) πολύ λεπτού χρειάζονται τον ίδιο χρόνο για να περάσουν από μια οπή. Αλλά και το όργανο αυτό παρουσίαζε μειονεκτήματα, γιατί εκείνο που είναι σταθερό δεν είναι η ταχύτητα με την οποία το υγρό περνά από την οπή, αλλά η διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας· για τον λόγο αυτό, το χρονικό διάστημα μεταξύ της αρχής και του τέλους της διαδικασίας δεν μπορεί να υποδιαιρεθεί εύκολα σε άλλα μικρά διαστήματα (το ίδιο φαινόμενο παρουσιάζεται και στα σύγχρονα ρολόγια· ενώ όμως σε αυτά το μικρότερο διάστημα που μπορεί να μετρηθεί είναι της τάξης του δευτερόλεπτου, και μπορεί να φτάσει έως το 1/100 του δευτερόλεπτου, στην κλεψύδρα το διάστημα αυτό είναι μάλλον μεγάλο, της τάξης του λεπτού ή και μεγαλύτερο). Επιπλέον η κλεψύδρα δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα. Εξίσου δύσκολη και ελάχιστα πρακτική είναι η χρήση του ρ. με κερί, που εκμεταλλεύεται τη σταθερή ταχύτητα με την οποία καίγεται ένα κερί. Kαι αυτό όμως δεν παρουσιάζει ακρίβεια, γιατί η ταχύτητα αυτή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, που δεν μπορούν να ελεγχθούν εύκολα. Πραγματική πρόοδος στην τεχνική της μέτρησης του χρόνου σημειώθηκε με την κατασκευή των μηχανικών ρ. Οι πρώτες πληροφορίες για τέτοια όργανα αναφέρονται στο Libros del saber de Astronomia που γράφτηκε το 1276-77. Το ρ. αυτό χρησιμοποιούσε συνεχή και κανονική περιστροφική κίνηση. Ακριβέστερες μετρήσεις του χρόνου πραγματοποιήθηκαν με τη χρησιμοποίηση κυκλικών μηχανικών κινήσεων, δηλαδή κινήσεων που επαναλαμβάνονται πάντα όμοιες. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ακόμα στα κανονικά ρ. Τα βασικά στοιχεία ενός ρ. που εκμεταλλεύεται για τη λειτουργία του μια κυκλική κίνηση είναι: η μηχανή (κινητήρας), ένα όργανο που ταλαντεύεται κατά κανονικό τρόπο, ένα όργανο για τη μετατροπή της κίνησης ταλάντωσης σε διακοπτόμενη περιστροφική (ρυθμιστής), όργανα για τη μεταβίβαση της κίνησης που γενικά λέγονται «ρόδες». Η ιστορία της τεχνικής του ρ. είναι η ιστορία της τελειοποίησης των οργάνων αυτών, ενώ η αρχή λειτουργίας του έμεινε αμετάβλητη για μισή χιλιετία. Η πρώτη μηχανή που χρησιμοποιήθηκε στα μηχανικά ρ. ήταν με βαρίδια: ένα βάρος κρεμόταν στην άκρη ενός σχοινιού που ήταν τυλιγμένο σε ένα περιστρεφόμενο τύμπανο· το βάρος κατέβαινε προς τα κάτω και το σχοινί, καθώς ξετυλιγόταν, έκανε το τύμπανο να περιστρέφεται. Η περιστροφή του τυμπάνου ρυθμιζόταν με έναν ρυθμιστή με εκκρεμές. Το εκκρεμές είναι ένας απλός ζυγός που αποτελείται από έναν οριζόντιο βραχίονα στα άκρα του οποίου υπάρχουν δυο βάρη. Ο ρυθμιστής, κινούμενος από την ίδια τη δύναμη του κινητήρα με βαρίδια ή από τον βραχίονα, στρεφόταν πρώτα προς τη μια κατεύθυνση και ύστερα προς την άλλη· το τύμπανο του κινητήρα προχωρούσε κατά ένα δόντι σε κάθε πλήρη ταλάντωση του εκκρεμούς. Η περίοδος ταλάντωσης του τελευταίου εξαρτιόταν σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος του βάρους του κινητήρα, από τα χαρακτηριστικά του ρυθμιστή και του βραχίονα και από τις διάφορες τριβές. Για τον λόγο αυτόν, η ακρίβεια ενός τέτοιου μηχανισμού δεν μπορούσε να είναι σπουδαία. Το πρώτο ρ. για το οποίο μπορούμε να έχουμε αξιόπιστες πληροφορίες κατασκευάστηκε στο Μιλάνο το 1335. Από τα ρ. της ίδιας εποχής που υπάρχουν ακόμα, αναφέρονται εκείνα που σώζονται στη Ρουέν, στο Σόλσμπερι και στο Γουέλς. Τον 15o αι. έχουμε δυο σημαντικές εφευρέσεις: τον κινητήρα με ελατήριο και το «κωνοειδές» (που περιγράφει και ο Λεονάρντο ντα Βίντσι σε ένα από τα σχεδιάσματα του). Το τελευταίο ήταν ένας μηχανισμός που έκανε σταθερή τη δύναμη που μεταβιβαζόταν στα γρανάζια από τον κινητήρα με βαρίδια, στον οποίο η δύναμη έλξης μένει σταθερή και η δύναμη του ελατήριου ελαττώνεται όσο αυτό ξετυλίγεται. Μια άλλη μέθοδος για την εξασφάλιση σταθερής δύναμης, παρά τη συνεχή εξασθένηση του ελατήριου, είναι το χαλινάρι. Ο κινητήρας με ελατήριο επέτρεψε την κατασκευή των πρώτων φορητών Ρ., από τα οποία σώζονται μερικά γερμανικά του 1540 περίπου και ένα γαλλικό του 1551. Ο 16ος αι. πέρασε χωρίς να σημειωθούν μεγάλοι νεωτερισμοί, εκτός από το γεγονός ότι, κατά τα τέλη του αιώνα, ο Γαλιλαίος συνέλαβε την αρχή του ισοχρονισμού των ταλαντώσεων ενός εκκρεμούς. Την αρχή αυτή την εκμεταλλεύτηκαν στην τεχνική των ρ. μόνο μισό αιώνα αργότερα, εγκαινιάζοντας μια νέα εποχή στην ωρολογοποιία. Πριν από την εισαγωγή του εκκρεμούς, η ακρίβεια της μέτρησης του χρόνου ήταν πολύ χαμηλή. Ένα σφάλμα ενός τέταρτου της ώρας την ημέρα ήταν κάτι το κανονικό. Η ακριβής μέτρηση του χρόνου έγινε δυνατή μόνο με την εμφάνιση του εκκρεμούς. Η κατασκευή ενός μηχανικού ρ. με εκκρεμές ως ρυθμιστή, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Χόιχενς, το 1657. Ο Γαλιλαίος εξάλλου είχε κατασκευάσει από το 1641 ένα σχέδιο ρ. με εκκρεμές. Μια άλλη εφεύρεση του Χόιχενς στον τομέα της ωρολογοποιίας είναι «το βάρος διατήρησης»: ένα σύστημα δηλαδή που διατηρεί τη δύναμη του μηχανισμού ενώ ξετυλίγεται το αρχικό βάρος ή το ελατήριο. Στον Χόιχενς επίσης ανήκει (αν και ο Χουκ ισχυρίστηκε πως το εφεύρε πρώτος) ο ταλαντωτής με ελατήριο (τρίχα) που επέτρεψε να περιοριστεί πολύ ο όγκος των Ρ. O ταλαντωτής, που ελέγχεται από σπειροειδές ελατήριο, ταλαντεύεται γύρω από τον δικό του άξονα με περίοδο σταθερής ταλάντωσης, που εξαρτάται από τη ροπή αδράνειας του ταλαντωτή και την ελαστικότητα και το μήκος του ελατηρίου. Η επιτάχυνση της βαρύτητας επομένως δεν επηρεάζει την κίνηση του ρ.· επιπλέον, καθώς η γωνιακή επιτάχυνση ενός ταλαντωτή με ελατήριο είναι κατά πολύ ανώτερη από την επιτάχυνση οποιουδήποτε χτυπήματος που μπορεί να δοθεί σε ένα Ρ., o ταλαντωτής λύνει το πρόβλημα του φορητού Ρ., που υπόκειται στις κινήσεις του ανθρώπου που το κρατά και στα πιθανά χτυπήματα. Τα σφάλματα ενός ρ. με εκκρεμές ή με ταλαντωτή με ελατήριο οφείλονται κυρίως σε δυο λόγους: στις μεταβολές της θερμοκρασίας και στη διαταρακτική επίδραση του ρυθμιστή πάνω στο εκκρεμές ή στον ταλαντωτή. Η ιστορία της τεχνικής του ρ. κατά τους τελευταίους δυο αιώνες είναι ακριβώς η ιστορία της μάχης εναντίον αυτών των δυο αιτίων σφάλματος. Σε ένα εκκρεμές η μεταβολή της θερμοκρασίας μπορεί να μεταβάλει το μήκος του ίδιου του εκκρεμούς κι επομένως την περίοδο ταλάντωσης. Πολλά τεχνάσματα χρησιμοποιήθηκαν για την ελάττωση του σφάλματος αυτού: το εκκρεμές με υδράργυρο που εφεύρε ο Τζορτζ Γκράχαμ το 1721, η χρησιμοποίηση για τη βέργα του εκκρεμούς δυο ή περισσότερων μεταλλικών βεργών τοποθετημένων έτσι που οι μεταβολές μήκους vα αντισταθμίζονται σχεδόν τελείως (Χάρισον, 1726). Οριστική λύση δόθηκε με τη χρησιμοποίηση του ινβάρ για την κατασκευή της βέργας του εκκρεμούς. Το ινβάρ είναι ένα κράμα ατσαλιού και νίκελ, που παρήγαγε για πρώτη φορά ο Γκιγιόμ το 1895 και που έχει συντελεστή διαστολής σχεδόν μηδέν. Σε έναν ταλαντωτή με ελατήριο, μια μεταβολή της θερμοκρασίας, προκαλώντας μεταβολή του μήκους του ελατηρίου, αλλάζει την περίοδο ταλάντωσης. Έπειτα από πολλές αποτυχημένες προσπάθειες για την εξάλειψη του σφάλματος αυτού, και εδώ η οριστική λύση δόθηκε με τη χρησιμοποίηση του ελινβάρ, αντί του ατσαλιού για την κατασκευή του ελατηρίου του ταλαντωτή. Το ελινβάρ, όπως και το ινβάρ, έχει συντελεστή διαστολής σχεδόν μηδέν. Και το σφάλμα που οφειλόταν στη διαταρακτική επίδραση του ρυθμιστή στην ταλάντωση του εκκρεμούς ή του ταλαντωτή με ελατήριο ελαττώθηκε στο ελάχιστο με την εφεύρεση διαρκώς τελειότερων μηχανισμών. Έτσι έγινε η μετάβαση από τον ρυθμιστή με «βέργα και φύλλο» στον ρυθμιστή με άγκυρα (ή απλώς άγκυρα), έπειτα στον κύλινδρο του Γκράχαμ, στον ρυθμιστή με οδοντωτό τροχό του Αμάν, στον ρυθμιστή με μοχλό του Ματζ, που σήμερα χρησιμοποιούνται παντού στα ρολόγια με ταλαντωτή με ελατήριο. Και ο ηλεκτρισμός χρησιμοποιήθηκε στην τεχνική των Ρ. Η πρώτη εφαρμογή του, που δεν άλλαζε καθόλου τα βασικά χαρακτηριστικά του ρ. με ελατήριο, ταλαντωτή με ρυθμιστή, ήταν εκείνη που χρησιμοποιούσε την ηλεκτρική ενέργεια για το ξανακούρδισμα του ελατήριου του κινητήρα. Αλλά η σημαντικότερη εφαρμογή του ηλεκτρισμού ήταν ασφαλώς η κατασκευή ρ. με σύγχρονο κινητήρα. Το ρ. αυτό στηρίζεται σε φυσικές αρχές τελείως διαφορετικές από εκείνες στις οποίες στηρίζονταν τα ρ. με ταλαντωτή. Αποτελείται από ένα σύγχρονο κινητήρα και διάφορα γρανάζια υποπολλαπλασιασμού. Χαρακτηριστικό του σύγχρονου κινητήρα είναι ότι έχει ταχύτητα περιστροφής που εξαρτάται αποκλειστικά από τη συχνότητα του ρεύματος (εναλλασσόμενου) που τον τροφοδοτεί. Αν λοιπόν η συχνότητα αυτή είναι σταθερή, η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα είναι επίσης σταθερή, πράγμα που επιτρέπει τη μέτρηση του χρόνου με σχεδόν απόλυτη ακρίβεια. Τα πλεονεκτήματα του ρ. με σύγχρονο κινητήρα είναι: η εξαιρετική απλότητα, η μέγιστη δυνατή ακρίβεια, η έλλειψη οργάνων με παλινδρομική κίνηση και το αθόρυβο. Ο σύγχρονος κινητήρας του ηλεκτρικού ρ. μπορεί να τροφοδοτείται με το συνηθισμένο ρεύμα που δίνεται στα σπίτια. Στην περίπτωση αυτή, όμως, καθώς η συχνότητα του ρεύματος του δικτύου διανομής μπορεί να παρουσιάζει μικρές διακυμάνσεις, η ακρίβεια των ηλεκτρικών ρ. δεν μπορεί να είναι απόλυτη. Ακριβέστερα ρ. τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα που παράγεται από ταλαντωτή χαλαζία κι επομένως με περιόδους ταλάντωσης πολύ σταθερές. Για ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια η συχνότητα αυτή ελέγχεται ακόμα περισσότερο από την ίδια συχνότητα ταλάντωσης των ατόμων ή των διεγερμένων μορίων (π.χ. καισίου), συχνότητα που είναι σταθερότατη (ατομικό ρολόι). ρολόι ηλιακό. Στην απλούστερη μορφή του είναι ο «γνώμων» των αρχαίων, δηλαδή ένα σύστημα που αποτελούσε ένα στύλος στερεωμένος πάνω σε μια σταθερή επιφάνεια, οριζόντια ή κατακόρυφη. Η σκιά του στύλου, που απεικονίζεται συνεχώς επάνω στην επιφάνεια όπου προβάλλεται, προσδιορίζει τη φαινόμενη κίνηση του Ήλιου επί του ουρανού. Εάν επάνω στην οριζόντια ή κατακόρυφη επιφάνεια, όπου προβάλλεται η σκιά του στύλου, χαραχτούν, με κέντρο το σημείο στήριξης του στύλου, κατά ορισμένα διαστήματα γραμμές κατά τις κατευθύνσεις της σκιάς, προ και μετά τη μεσουράνηση του Ήλιου, τότε η κάθε θέση της σκιάς θα αντιστοιχεί σε μια ορισμένη θέση του Ήλιου, θα δείχνει την ωριαία γωνία, δηλαδή τον αληθινό ηλιακό χρόνο. Γι’ αυτό στα ηλιακά ρ. η κεντρική γραμμή της μεσημβρίας πρέπει να συμπίπτει με την κατεύθυνση από Β προς Ν, δηλαδή με τη μεσημβρινή γραμμή του τόπου όπου είναι τοποθετημένα. Τα ηλιακά ρ. δείχνουν συνεχώς τον ηλιακό χρόνο· χρησιμοποιήθηκαν στην αρχαιότητα από όλους σχεδόν τους λαούς. Τα ρολόγια διάφορων εποχών αποτελούν πλέον μουσειακά εκθέματα, όπως αυτά της φωτογραφίας (Λαογραφικό Μουσείο Τροντχάιμ, Νορβηγία). Πρόσοψη του μηχανισμού κίνησης ενός ρολογιού pt διαπασών: τα δύο πηνία, που φαίνονται στο πάνω μέρος, ενσωματωμένα σ’ ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με τρανζίστορ, συντηρούν τις ταλαντώσεις των σκελών του διαπασών. Σε κάθε πλήρη ταλάντωση ενός από τα σκέλη, ο κινητήριος τροχός που συνδέεται με αυτό μετακινείται κατά ένα δόντι. Μηχανισμός αστρονομικού ρολογιού (φωτ. ΑΠΕ). Αγγλικό ρολόι του 16ου αιώνα μ.Χ. Ρολόι του δημαρχείου της Πράγας (1490) Ο μηχανισμός του ρολογιού του κάστρου του Ντόβερ (17ος αιώνας). Ρολόι στο Δημαρχείο του Παρισιού (φωτ. ΑΠΕ). Ρολόι της πλατείας του Αγίου Μάρκου στη Βενετία (1496).

* * *

το, Ν

βλ. ρολόγι.