Ekvationsklocka
En ekvationsklocka är en mekanisk klocka som inkluderar en mekanism som simulerar tidsekvationen, så att användaren kan läsa eller beräkna soltid , vilket skulle visas med ett solur . De första exakta klockorna, styrda av pendlar , patenterades av Christiaan Huyghens 1657. Under de närmaste decennierna var människor fortfarande vana vid att använda solur och ville kunna använda klockor för att hitta soltid. Ekvationsklockor uppfanns för att fylla detta behov.
Tidiga ekvationsklockor har en pekare som rör sig för att visa tidsekvationen på en urtavla eller skala. Själva klockan går med konstant hastighet. Användaren beräknar soltid genom att lägga till tidsekvationen till klockavläsningen. Senare ekvationsklockor, tillverkade på 1700-talet, utför kompensationen automatiskt, så klockan visar direkt soltid. Vissa av dem visar också medeltid , som ofta kallas "klocktid".
Simuleringsmekanismer
Alla ekvationsklockor inkluderar en mekanism som simulerar tidsekvationen, så att en spak rör sig, eller en axel roterar, på ett sätt som representerar variationerna i tidsekvationen under året. Det finns två ofta använda typer av mekanismer:
Kam- och spakmekanism
I denna typ av mekanism drivs en axel av klockan så att den roterar en gång om året, med konstant hastighet. Axeln bär en kam , som är ungefär "njurformad" så att dess radie i huvudsak är en graf över den årliga variationen av tidsekvationen. En medföljare och spak vilar mot kammen, så att när kammen roterar, rör sig spaken på ett sätt som representerar den föränderliga tidsekvationen. Denna spak driver andra komponenter i klockan.
Dubbelaxelmekanism
Till en nära approximation kan tidsekvationen representeras som summan av två sinusvågor, en med en period på ett år och den andra med en period på sex månader, med den relativa fasen som varierar mycket långsamt (marginellt märkbar under förloppet ett sekel). Se förklaringen i Tidsekvation för mer detaljer.
Den dubbla axelmekanismen har två axlar som roterar med konstant hastighet: en vänder sig en gång om året och den andra två gånger om året. Vevar eller stift fästa vid de två axlarna flyttar de två ändarna av en kombinerande spak (ibland kallad ett whippletree) sinusformigt; om dimensionerna väljs korrekt, rör sig stavens mittpunkt på ett sätt som simulerar tidsekvationen.
Typer av ekvationsklocka
Under den period då ekvationsklockor tillverkades och användes tillverkades alla klockor för hand. Ingen är exakt likadan. Många ekvationsklockor har också andra funktioner, som visningar av månens fas eller tidpunkterna för soluppgång och solnedgång. Bortsett från sådana tillägg finns det fyra olika sätt på vilka klockorna fungerar. Följande stycken är inte avsedda som detaljerade beskrivningar av individuella klockor, utan som illustrationer av de allmänna principerna för dessa fyra olika typer av ekvationsklockor. De grundläggande funktionerna hos vissa klockor liknar dessa, men detaljerna varierar. Bilder och beskrivningar av olika ekvationsklockor, som fortfarande finns på museer, kan nås via de externa länkarna nedan.
Klockor utan soltidsvisningar
Många ekvationsklockor, särskilt tidiga, har en normal klockmekanism som visar medeltid och även en display som visar tidsekvationen. En simuleringsmekanism för tidsekvation driver pekaren på denna display. Användaren måste lägga till ekvationen av tid till klocktid för att beräkna soltid.
Klockor som direkt visar soltid
De flesta senare ekvationsklockor, tillverkade på 1700-talet, visar direkt soltid. Många av dem visar också medeltid och tidsekvationen, men användaren behöver inte utföra addition. Det finns tre typer:
Klockor med rörliga minutmarkeringar
Man har konstruerat klockor där minutmarkeringarna sitter på en cirkulär platta som kan vridas runt samma axel som visarna. Axeln passerar genom ett hål i mitten av plattan, och händerna är framför plattan. Den minutdel av tiden som visas av klockan ges av minutvisarens position i förhållande till markeringarna på skylten. Visaren drivs medurs med konstant hastighet av klockmekanismen, och plattan vrids av mekanismen som simulerar tidsekvationen, roterar moturs när tidsekvationen ökar och medurs när den minskar. Om utväxlingarna är korrekta visar klockan soltid. Medeltiden kan också visas av en separat, stationär uppsättning minutmarkeringar på urtavlan, utanför plattans kant. Timvisningen är inte justerad för tidsekvationen, så timavläsningen är något ungefärlig. Detta har ingen praktisk effekt, eftersom det alltid är lätt att se vilken timme som är rätt. Dessa klockor är mekaniskt enklare än de andra typerna som beskrivs nedan, men de har nackdelar: Soltid är svår att läsa utan att titta noga på minutmarkeringarna, och klockan kan inte fås att slå timmen i soltid .
Klockor med variabel pendel
Dessa klockor inkluderar en anordning längst upp på pendeln som ändrar sin effektiva längd något, så klockans hastighet varierar. Denna anordning drivs av en simuleringsmekanism som rör sig för att simulera förändringshastigheten för tidsekvationen snarare än dess faktiska värde. Till exempel, under månaderna december och januari, när tidsekvationen minskar så att ett solur går långsammare än vanligt, gör mekanismen pendeln i praktiken längre än vanligt, så klockan går långsammare och håller jämna steg med solurets tid. Under andra tider på året förkortas pendeln, så klockan går snabbare, återigen i takt med solurets tid. Denna typ av mekanism visar endast soltid (solur). Klockor som använder den kan inte enkelt fås att visa medeltid om inte en separat klockmekanism, med egen pendel, ingår. Det finns några ekvationsklockor där detta görs, men det kräver att klockhuset är mycket robust för att undvika koppling mellan pendeln. En annan nackdel med variabla pendelklockor är att tidsekvationen inte enkelt kan visas.
Klockor som gör mekanisk addition
I några senare ekvationsklockor svänger en pendel med en konstant frekvens och styr en normal klockmekanism. Ofta driver denna mekanism en display som visar medeltiden (klockan). Det finns dock ytterligare komponenter: en simuleringsmekanism för tidsekvation enligt beskrivningen ovan, och en enhet som automatiskt lägger till ekvationen för tid till klocktid och driver en display som visar soltid. Tillägget görs med en analog metod med en differentialväxel . Denna typ av ekvationsklockmekanism är den mest mångsidiga. Både sol- och medeltider kan enkelt och tydligt visas, liksom tidsekvationen. Att slå timmarna i båda typerna av tid är också lätt att ordna. Efter sin uppfinning 1720 blev denna mekanism standard, och användes under stora delar av 1700-talet, tills efterfrågan på ekvationsklockor upphörde.
Långsamma förändringar i tidsekvationen
Långsamma förändringar i jordens rörelser orsakar gradvisa förändringar i den årliga variationen av tidsekvationen. Grafen överst i denna artikel visar den årliga variationen som den är för närvarande, runt år 2000. Många århundraden i det förflutna eller framtiden skulle formen på grafen vara mycket annorlunda. De flesta ekvationsklockorna konstruerades för cirka tre århundraden sedan, sedan dess har förändringen i den årliga variationen av tidsekvationen varit liten, men märkbar. Klockorna förkroppsligar årsvariationen som den var när de tillverkades. De kompenserar inte för de långsamma förändringarna, som då var okända, så de är något mindre exakta nu än de var när de var nya. Det största felet från denna orsak är för närvarande cirka en minut. Århundraden i framtiden, om dessa klockor överlever, kommer felen att bli större.
Liknande moderna enheter
Ekvationsklockor, som sådana, används inte längre i stor utsträckning. Komponenter som är funktionellt samma som i ekvationsklockor används dock fortfarande i till exempel solspårare , som rör sig så att de följer solens rörelser på himlen. Många av dem känner inte av solens position. Istället har de en mekanism som roterar runt en polär axel med en konstant hastighet på 15 grader per timme, och håller jämna steg med den genomsnittliga hastigheten för jordens rotation i förhållande till solen. Ibland genereras en digital representation av denna rotation, snarare än fysisk rotation av en komponent. Tidsekvationen läggs sedan till denna konstanta rotation, vilket ger en rotation av spåraren som håller jämna steg med solens uppenbara rörelse. I allmänhet använder dessa maskiner modern teknik, som involverar elektronik och datorer, istället för de mekaniska enheterna som användes i historiska ekvationsklockor, men funktionen är densamma.
Se även
Referenser och fotnoter
externa länkar
Obs: I vissa av dessa historiska material kallas klocktid "lika tid", och solurs tid kallas "skenbar tid" eller "sann soltid".
- Variabel pendelklocka i British Museum .
- British Museums ekvationsklockor, med beskrivningar.
- Fickur som fungerar som en ekvationsklocka. Beskrivningen antyder att den gör mekanisk addition.
- Klocka med rörliga minutmarkeringar på en ring.
- Brev från Joseph Williamson skrivet c.1715, som hävdar uppfinningen av klockor som visar soltid, arbetar med rörliga minutmärken eller variabel pendula.
- Tidsekvationen ger illustrerade exempel på utvecklingen av ekvationsklockor