Mekanik Saatler

Mekanik Saatler





Mekanik saatlerde, saati gösteren kola akrep denir; akrep, her 12 saatte bir kez, yani günde iki kez kadranı dolanır Dakikayı gösteren ve akrepten daha uzun olan kola yelkovan denir; yelkovan saatte bir kez, yani günde 24 kez kadranı dolanır Saniyeleri gösteren kol ise, genellikle değişik renkli uzun bir kol biçimindedir ve bu kol da hızla kadranın üzerinde döner; ama saniyeleri göstermek için, ana kadranın bir kenarına yerleştirilmiş ayrı bir küçük saniye kadranı ve minik bir saniye kolundan da yararlanılabilir Saniye kolu dakikada bir kez kadranı dolanır

Kolların farklı hızlarda hareket edebilmesini sağlamak için, bu kolların takılı oldukları miller birbirine zaman dişlileri denen bir dizi dişli çarkla bağlanmıştır {bak DİŞLİ Çark) Çapları ve diş sayıları farklı olan bu çarkların dişleri birbirine geçecek, yani birbirini kavrayacak durumdadır Diş sayılarının farklı olması, millerin farklı hızlarda dönmesini sağlar Eğer iki dişli çarktan birinin 10, öbürünün ise 50 dişi varsa, bu iki dişli birbirini kavradığında, büyük dişlinin her dönüşüne karşılık küçük dişli beş kez döner; çünkü bu iki dişlinin birbirine hız aktarma oranı 10/50, yani 1/5'tir Demek ki, 1/60 oranını verecek bir diş sayısı seçilerek, dakika ve saat kollarının birbirlerine göre doğru hızlarda hareket etmesi sağlanabilir




Saatin işlemesi için, zaman dişlilerini çalıştıracak bir enerji kaynağına gerek vardır Bu, asılı durumdaki bir ağırlık, bir yay ya da elektrik olabilir Sarkaçlı ya da zemberekli saatler kurulurken ağırlığı yukarıya kaldırmak ya da yayı sıkıştırmak için yapılan iş, yükseltilmiş ağırlıkta ya da sıkışmış yayda potansiyel enerji olarak depolanır ve daha sonra bu enerji yavaş yavaş serbest bırakılarak çark takımı çalıştırılır {bak Enerji) Bu potansiyel enerji saati en az 24 saat çalıştırmaya yeter

Buraya kadar anlatılan kadarıyla zaman dişlilerinin zamanı sayma özelliği yoktur Eğer kurulu bir saatin ağırlığı ya da yayı herhangi bir sınırlama olmaksızın aniden serbest bırakılırsa, kollar denetimsiz bir biçimde hızla döner ve 24 saatlik gün birkaç saniye içinde tükenip biter Bunu önlemek için, enerjinin az miktarlarda ve düzenli aralıklarla serbest bırakılması gerekir Bu, saatin zaman sayma düzeneğine, örneğin sarkacına bir eşapman bağlanarak gerçekleştirilir

Eşap-man, bir eşapman çarkı ile bu çarkın üzerinde yer alan bir mandaldan oluşur Eşapman çarkı bir dizi dişli çark tarafından döndürülür, mandal ise eşapman çarkını tutup bırakarak bu çarkın adım adım, diş diş dönmesini sağlar İleri doğru her hareketinde eşapman çarkının bir dişi, maşa denen çapa biçimli mandalın ucuna takılır Diş maşayı hafifçe iter, maşa da bu hareketi sarkaca aktararak sarkacın salınmasını sağlar Eşapman çarkının dönme hareketi devam eder, diş iterek maşadan kurtulur, ama bu kez ardından gelen diş maşaya takılır ve böylece aynı şeyler yinelenerek sürüp gider

Eşapman çarkı da zaman sayma mekanizmasının bir parçasıdır Sarkacın her salınımı eşapman çarkını bir diş ilerletir; böylece, eğer eşapman çarkının üzerinde 60 diş varsa, sarkacın her 60 salınımında çark bir tam dönüş yapmış olur Eğer eşapman çarkı saniye koluna doğrudan doğruya bağlıysa ve sarkaç bir tam salınımını 1 saniyede yapıyorsa, o zaman saniye kolu da kadranı her 60 saniyede bir kez dolanır

Sarkacın ileri-geri bir tam salınım yapma süresi (periyodu), takılı olduğu eksen ile ucundaki ağırlığın merkezi arasındaki uzunluğa bağlıdır; bu uzunluk ne kadar büyükse salınım süresi de o ölçüde uzun olur (bak Sarkaç) Demek ki, sarkaç basit ama doğru sonuç veren bir zaman sayma aracıdır İngiltere'de Londra'daki parlamento binasında bulunan ünlü Big Ben saatinin sarkacı 4 metre uzunluğundadır, periyodu ise 4 saniyedir; alanlarda kurulu olan saat kulelerindeki saatlerin ve evlerde kullanılan duvar saatlerinin sarkaçlarının uzunluğu 25 cm periyotları ise 1 saniyedir Saatin ileri gitmesi ya da geri kalması durumunda, sarkacın ucundaki ağırlık bir vida yardımıyla çubuğun üzerinde yukarı ya da aşağı kaydırılarak saatin duyarlılığı yeniden ayarlanır Örneğin, periyodu 2 saniye olan bir sarkacın uzunluğu yaklaşık 990 milimetredir Bu uzunluğun 0,025 mm artırılması saatin günde 1 saniye geri kalmasına neden olur

Sarkaçlı saatlerin ayarının bozulmasının başlıca nedeni sıcaklık değişimleridir Eğer metal bir çubuk ısıtılırsa genleşir (uzar); soğutulursa tam tersine, büzülür (kısalır) Saat sarkaçlarının çubuğundaki benzer değişiklikler saatin geri kalmasına ya da ileri gitmesine yol açar Bunun üstesinden gelmenin bir yolu, sarkaç çubuğunu genleşme miktarları farklı iki metalden yapmaktır; böylece iki farklı genleşme miktarı birbirini "götürebilir" ve ağırlığın eksenden hep aynı uzaklıkta kalması sağlanır Daha ucuz bir yöntem de, çubuğu çok az, önemsenmeyecek düzeyde genleşen bir alaşımdan (bak Alaşim), örneğin invar çeliğinden yapmaktır

Mekanik Saatler

Zamanın mekanik olarak ölçülmesi yönündeki ilk adımlar din adamlarından gelmiştir Keşişler dua etmek için kesin saati bilmek zorundaydılar




İlk mekanik saatler, saati göstermek değil duyurmak üzere yapılmışlardı Bu saatler birer ağırlığa bağlı olarak çalışıyorlardı ve belirli zaman aralıkları ile gonga vuran tokmaklarla donatılmışlardı Daha önceki yüzyıllarda, eski saat sistemlerinin sesli birer uyarı vermesini sağlama çabaları olumlu sonuçlanmamıştı Geçen süreyi ufak taş parçacıkları atarak ya da düdük öttürerek belirten karmaşık mekanizmalar üretilmişti
Güneş saati, su saati ve kum saati, değişik şekillerde süreyi göstermek amacına yönelikti Mekanik saat ise manastır hayatında belli bir mekanik işlevi yerine getirmek, bir çekiç aracılığıyla ses üretmek ve böylece belirli zaman aralıklarını belirtmek amacını gütmekteydi O dönemlerde saatlerin çan çalması gerektiğine inanılıyordu İngilizcede saat anlamına gelen "clock" kelimesi Latince "clocca"dan gelmektedir ve çan anlamındadır Ancak, daha sonra bu kelime bütün saatleri tanımlamaya başlamıştır
Mekanik saatler için bulunan mekanizma, ağırlığın asılı olduğu ipi ya da zinciri kısa aralıklarla tutan ve bırakan bir vargel düzenidir ve tüm modern saatlerin de ortak özelliğidir Böylece, kısa aralıklarla duran ve inen bir ağırlık, saat mekanizmasını günün uzunluğuna ya da kısalığına bağlı olmaktan kurtarıyordu

Bu mekanizmanın en eski türü "kamalı" olarak biliniyor Ucuna ağırlık bağlı iki yanından atlamalı olarak tırnaklarla donatılmış bir metal çubuk ve yatay olarak gidip gelen bir milden oluşan mekanizmada, her gidişte bir tırnak salıveren bir düzen oluşturulmuş ve milin ivmesi de dış ucuna takılmış bir ağırlıkla kontrol edilmiş Ağırlık uzağa çekilince salınım hızlanıyor, yaklaştırılınca da yavaşlıyor Böylece, başlangıçta dakikaların ve daha sonra da saniyelerin belirlenmesi mümkün olmuştur Mekanik saatlerin içinde en ünlülerinden olan Giovanni di Dondi’nin tasarımı, ağırlıkla işleyen mekanizmaya bağlı sarkaç ve sekteli rakkas dişlisinden oluşuyordu ve saatte kadran bulunmuyordu
Gündüz saatlerinin gece saatlerine uymayan saat sistemi, 14 yüzyılda mekanik saatlerin yapılmasına kadar devam etmiştir Günü eşit saatler halinde bölen ilk saat, Milan’daki Saint Gottard kilisesi saatidir Yüzyılın ortasına doğru büyük Avrupa şehirlerinin kulelerinde mekanik saatler görülmeye başlanmış ve gittikçe yayılmıştır Vargel düzeniyle çalışan bu saatler 300 yıl boyunca devam etmiştir

1500’lerde Nürnberg’de Peter Heinlein’ın zembereği bulmasıyla, büyük ağırlıklar kalkarak taşınabilir küçük saatler olanaklı kılınmıştır İlk saatlerde kadran, akrep ve yelkovan bulunmuyordu Okuma yazma oranının düşük olması, saatlere insanların bakıp anlayacağı yazılar koymak yerine çan sesleri konmasını gerektiriyordu Süreyi görsel olarak göstermek için saatlere kadranı ilk olarak kullanan ve 1344’te 24 dilimlik saati yapan Dondi’dir

Saat gelişiminde atılan başka bir büyük adım da sarkacın bulunmasıdır Kilisede papazı dinlerken kürsünün üzerinde sallanan lambanın salınım zamanının sabit olduğunu farkeden Galileo, sarkacın salınım periyodunun, ağırlığına ya da genişliğine değil, uzunluğuna bağlı olduğunu bulmuştur Galileo, ölümüne yakın, sarkaçla çalışan bir saat tasarlasa da bunu gerçekleştirememiştir İlk çalışan sarkaçlı saati 1656’da, Galileo’nun ölümünden 14 yıl sonra, Alman astronom Christian Huygens yapmıştır Huygens’in saati önceleri günde bir dakikadan az hata veriyordu İlk olarak sağlanan bu hassaslığı, Huygens çalışmalarıyla hatayı günde 10 saniyeye düşürerek, artırmıştır
Sarkacın bulunmasıyla ilk defa olarak saatlere dakika ve saniye kolları eklenmiştir1670’lerin ortalarında Huygens’in balans yayını geliştirmesi taşınabilir






saatlerin gerçek bir cep saati haline getirilebilmesini sağlamıştır Yay mekanizmasının bulunması, zamanın hem karada hem de denizde aynı doğrulukta ölçülebilmesini sağlamıştır Balans yayının geliştirilmesi ile gittikçe küçülen saatler cepte ya da kolda taşınabilmeye başlamış, ilk ucuz cep saatleri ABD’de üretilmiş, kol saatleri ise 1890’larda ortaya çıkmıştır Başlangıçta sadece kadınların kullandığı kol saatleri I Dünya Savaşı sırasında erkekler arasında da yaygınlaşmıştır
Zamanı karada ve denizde aynı olarak ölçebilen bu yeni saatlerle zaman birimlerinin hassaslığı sorgulanmaya başlanmıştır Bir saniyenin uzunluğu neydi? Basit bir hesapla saniye dakikanın 1/60’ı, dakika saatin 1/60’ı ve saat te günün 24’te biri olduğu için bir saniye ortalama güneş gününün 86 400’de biri olarak ortaya çıkar 1820’de zaman aralıkları bu hesaba göre standardize edilmiştir