الساعات

ساعات

Watches - Montres

الساعات

الساعة أداة لضبط الوقت، وهي إما أن تكون ساعة جدارية clock أو ساعة جيب pocket أو ساعة يد watch. ويتطلب كل منها مصدراً للطاقة power، ووسيلة لحملها والتحكم بها، وإلى مؤشرات أو عقارب للدلالة على الزمن.

لمحة تاريخية

استخدمت في العصور القديمة الساعات الرملية sandglass المبينة في الشكل1 لقياس الزمن بالساعات والدقائق، إذ يتطلب تسرب الرمل من ثقب صغير بين سلسلة من الحواجل زمناً ثابتاً تقريباً. ولقد أطلق على هذه الوسيلة لقياس الزمن اسم الساعة الرملية لأنها كانت تستخدم أساساً لتقدير عدد الساعات، إلا أنه يمكن ضبط كمية الرمل فيها أو قطر الثقب الواصل بين سلسلة الحواجل الظاهرة في الشكل لتغدو ملائمة لقياس أي زمن.

الشكل (1) وسائط ضبط للوقت قديمة  (أ) ساعة رملية إيطالية تعود إلى القرن الثامن عشر . (ب) ساعة زيت مدرجة هولندية من القرون الوسطى. (ج) ساعة ميكانيكية فرنسية تعود إلى القرن الثامن عشر. (د) شمعة ذات أثلام فرنسيةتعود إلى القرن السابع عشر.  (هـ) ساعة مصرية مائية قديمة.

استخدم دوران الأرض حول الشمس وسيلة لقياس الزمن منذ أمد بعيد. ولعل أقدم وسيلة عرفها الإنسان حتى قبل الميلاد بـنحو 3500عام هي المِزْولة gnomon أو الساعة الشمسية، وهي عصاً شاقولية أو مسلّة obelisk تُلقي بظلها على الأرض. ومازالت المتاحف تحتفظ بساعة من هذا النوع استخدمت في مصر قبل الميلاد بثمانية قرون.

الشكل (2) ساعة جيب «بيضة نورنبرغ»

كما استخدمت عند غياب الشمس وسائل متنوعة يظهر بعضها في الشكل1 كالشمعة ذات الأثلام notched candle، أو الحبال ذات العقد knotted rope إذ استخدم الزمن اللازم لانتقال الحريق من عقدة إلى عقدة مجاورة مقياساً للزمن، والساعة المائية water glass. ويُروى أن هارون الرشيد أهدى عام 807م الملك شارلمان ساعة نحاسية دقاقة أدهشته. وكانت الساعات القديمة مجهَّزة بعقرب واحد يشير إلى الساعات ولم تكن تتصف بالدقة العالية. ومما حسَّن من دقتها اكتشاف العالم الهولندي كريستيان هويغنز Christiaan Huygens عام 1657 كيفية استخدام رقَّاص الساعة أو النواس وسيلة لضبط دقات الساعة. وتلا ذلك قيام صانع الساعات البريطاني جورج غراهام George Graham بتحسين آلية الإفلات في الساعة، الأمر الذي زاد من دقتها وقيام جون هاريسون John Harrison بابتكار وسيلة لتعويض تغير طول النواس بسبب التمدد الحراري.

وقد أمكن تطوير ساعات جيب كتلك المبينة في الشكل2 في القرن السادس عشر الميلادي نتيجة تطوير النابض الملفوف كمصدر للطاقة، وقد أخذت الساعة في حينه شكل البيضة بل لقد أطلق عليها اسم بيضة نورنبرغ Nürnberg egg نسبة إلى بلد صنعها في ألمانيا.

وفي القرن السابع عشر زوِّدت الساعات بعقارب للساعات وأخرى للدقائق، كما جهزت محامل المسننات بالأحجار الكريمة لتخفيف الاحتكاك وإطالة عمر الساعة في القرن الثامن عشر.

وفي مطلع القرن العشرين ابتكر الأمريكيون الساعة الكهربائية، ويعود الفضل في ذلك إلى هنري وارن Henry E. Warren الذي حث مؤسسات توليد الكهرباء لضبط تردد التيار المتناوب الذي توزعه على المصانع والمدن. ويعتمد عمل الساعة عندها على محرك متواقت يعمل بتزامن مع تردد تيار المدينة. وتلا ذلك عام 1929 ابتكار الساعات التي تعمل على بلورات الكوارتز.

وفي مطلع عام 1975 ظهرت ساعات اليد الكهربائية، وتلا ذلك الساعة الإلكترونية المجهزة بدارات هزازة إلكترونية تعمل على البطارية. ثم ظهرت الساعات المجهزة بشاشات إظهار للوقت تأخذ شكل ديودات ضوئية LED، ثم شاشات إظهار تعمل بالبلورات السائلة LCD.

الشكل (3) أجزاء الساعة الميكانيكية العادية ذات النابض

أما التطورات الأحدث في ميدان تصنيع الساعات فتتناول تحسينات على وسائل ضبط التوقيت. فتصنع النوابض الأساسية اليوم في الساعات الميكانيكية من مواد مضادة للصدأ، واستبدلت المواد الصنعية بالأحجار الكريمة المستخدمة في محامل المسننات، كما أُخِذت الاحتياطات لجعل الساعات مضادة للرطوبة ومُحْكمة بحيث تمنع تسرب الغبار. وصممت ساعات خاصة للمكفوفين، وأضيفت المنبِّهات لساعات الجيب وساعات اليد، وجهزت الساعات كذلك بتقويم يدل على اليوم والشهر والتاريخ، كما استخدمت مصادر جديدة للطاقة لتشغيل الساعة، كالطاقة الشمسية أو حرارة اليد والطاقة الذرية.

وصف الساعة وعملها

تُغذى معظم الساعات الجدارية وساعات اليد الميكانيكية بنابض رئيسي mainspring (الشكل ـ3) يُعبأ بين حين وآخر ليزوِّد الساعة بالطاقة اللازمة لعملها. يقوم النابض الرئيسي بتدوير مسنن يدعى مسنن الطاقة power wheel الذي يقوم بنقل الحركة عبر سلسلة من المسننات إلى مسنن الساعات hour wheel وإلى مسنن الدقائق minute wheel. ويعمل دولاب الانفلات escapement wheel على ضبط حركة مسنن الطاقة بفضل محور متأرجح pivot. يصدر عنه الصوت المميز للساعة «تِك ـ تَك»، ويتصل بأداة تدعى المطرقة pallet ينظم حركتها دولاب توازن balance wheel متصل بنابض شعري hairspring.

الشكل (4) آلية عمل الساعة الميكانيكية ذات الثقل

يمكن أن يكون مصدر الطاقة في السـاعات الجدارية ثقلاً weight كما هي الحال في الشكل 4، أو نابضاً رئيسياً mainspring كما هو في الشكل3 أو تيـاراً كهربائياً electric current كما هي الحال في الشكلين 5 و6.

الشكل (5) أجزاء ساعة كهربائية ذات مغناطيس

لشكل (6) أجزاء ساعة كهربائية ذات شوكة رنانة

وتتطلب الساعات الميكانيكية بين حين وآخر رفع الثقل أو ربط النابض الرئيسي. ويتم نقل الطاقة، في هذه الساعات، عن طريق سلسلة مسننات يتحكم بسرعة دورانها نواس pendulum (الشكل ـ5)، أو دولاب توازن.

ويمكن معرفة الزمن في مثل هذه الساعات عن طريق قرع جرس أو إصدار لحن موسيقي، أو عن طريق عقارب تتحرك أمام ميناء الساعة (الشكل ـ7). أما في الساعة الكهربائية والإلكترونية فيمكن الإعلام عن الزمن على شاشة عرض بالأرقام (الشكل ـ8).

كانت الساعات الجدارية القديمة تزوَّد بالطاقة اللازمة لعملها عن طريق ثقل هابط. وتقوم آلية تدعى آلية الإفلات escapement mechanism بتنظيم تحرير الطاقة المختزنة في الثقل عن طريق سلسلة مسننات. فلدى اهتزاز نواس الساعة (الرقَّاص) جيئة وذهاباً، ينزلق خطافان متصلان بعتلة على دولاب الانفلات، فيسقط الثقل نقلةً نقلة حتى يبلغ نهاية المطاف، وعندها يجب رفع الثقل من جديد كي تستأنف الساعة عملها. وفي أنواع أخرى من الساعات الميكانيكية يعمل نابض ملفوف عمل الثقل الهابط. وهنا تقوم سلسلة مسننات بنقل الطاقة إلى أجزاء الساعة المختلفة، في حين تقوم عجلـة التوازن بدور المنظم لتحرير الطاقة من النابض الرئيسي. وأما الساعات ذاتية الربط self- winding watch كتلك المبينة في الشكل 9 فيتم ربط (تعبئة) النابض الرئيسي فيها بفضل وزن دوَّار يستمد طاقته من حركة اليد ويغذى بها النابض الرئيسي.

أما الساعات الكهربائية المنزلية أو المستخدمة في المصانع والتي تعمل على تيار المدينة فتجهَّز بمحرك صغير يعمل بالتواقت مع تواتر تيار المدينة. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن التحكم بعدد من الساعات موزعة في أماكن مختلفة في مصنع أو في مؤسسة لتعمل بتواقت مع ساعة رئيسية أو مركزية.

لشكل (7) أجزاء ساعة يد ميكانيكية ومظهرها الخارجي	لشكل (8) أجزاء ساعة إلكترونيةومظهرها الخارجي

الشكل (9) أجزاء ساعة ذاتية الربط

الشكل (10)  الساعة الذرية

تستخدم ساعات بلورات الكوارتز quartz- crystal clock التي طورت عام 1929 أقراصاً من الكوارتز تتصل بدارة إلكترونية، فتهتز البلورات بمعدل يراوح بين عشرة آلاف ومئة ألف هرتز. وتُحوَّل هذه الاهتزازات العالية إلى تيار متناوب بتردد أقل ملائم لقياس الزمن، ويغذى بها محرك متواقت أو شاشة عرضٍ رقمية. إن خطأ مثل هذه الساعات لايتجاوز ثانية واحدة في عشر سنين.

تزوَّد ساعات اليد الإلكترونية بمدخرة (بطارية) صغيرة يدوم عملها طويلاً لضآلة استهلاكها. ويمكن للبطارية أن تغذي الدولاب الموازن في الساعات غير الميكانيكية، أو أن تزوِّد شوكة رنانة tuning fork صغيرة (الشكل ـ9)، أو بلورة كوارتز بالطاقة اللازمة لاهتزازهما.

وفي التاسع والعشرين من كانون الأول عام 1999 كُشِف النقاب، في هيئة المعايير الوطنية في الولايات المتحدة الأمريكية، عن أدق ساعة على الإطلاق في العالم، وهي ساعة ذرية تعمل على السيزيوم، يبين الشكل 10 مخططاًً عاماً لساعة مماثلة تعتمد على الهدروجين. إن بإمكان هذه الساعة أن تعمل لمدة عشرين مليون عام من دون أن تقدِّم أو تؤخِّر ثانية واحدة. وقد أطلق على هذه الساعة اسم الساعة الينبوع fountain clock لأنها تقيس الزمن الصادر عن ذرات السيزيوم فائقة التبريد super-cooled حين تهوي في حيِّز يحوي بخار السيزيوم يثار بأمواج ميكروية microwave cavity.

تستخدم الساعة الذرية لقياس دوران الأرض الذي يمكن أن يتغير بمعدل 4 أو 5 ميلي ثانية في اليوم، وفي الأنظمة الملاحية navigational systems كما هي الحال في نظام تحديد المواقع العالمي global positioning system المعروف اختصاراً بنظام GPS. وهنا يتم توليف الساعات الذرية على الأمواج الكهرمغنطيسية الصادرة عن ذرات أو جزيئات مادة معينة تقوم بالانتقال بين سويتي طاقة متجاورتين جداً أو الأمواج الممتصة مِن قِبَلها. ولاستقلالية هذه الأمواج عن القوى الخارجية، فإن بالإمكان استخدام أدوار هذه الأمواج معياراً دقيقاً لضبط الزمن.

تُستخدم ساعة السيزيوم الذرية لتعريف الثانية وهي الواحدة الدولية لقياس الزمن. تخضع إحدى سويات الطاقة في ذرة السيزيوم 133 إلى إشعاع أمواج ميكروية، يقترب تواترها من تواتر سوية طاقة أخرى مجاورة، ثم يضبط تواتر الأمواج الميكروية بحيث يثار العديد من الذرات إلى سوية الطاقة الجديدة. يستخدم عندها تواتر الإشعاع الميكروي لتحديد الدور، أي الزمن الفاصل بين قمتي موجتين متتاليتين. وتعرَّف الثانية على أنها زمن عدد من أدوار الإشعاعات يساوي 170 31 6 192 9 دوراً. إن ساعة السيزيوم الذرية دقيقة للغاية وهي مستقرة لمدة طويلة من الزمن. يشار إلى أن هناك ساعات ذرية أخرى أقل دقة مثل ساعة الروبيديوم الذرية وساعة الهدروجين الذرية.

أحمد حصري

الاهتزازات الكهربائية ـ الحركة الاهتزازية ـ الحركات الدورية ـ غاليليه (غاليليو، غاليلي) ـ الكهرضغطية ـ هويغنز (كريستيان ـ).

- Book Of Popular Science (Grolier 1974).

- Understanding Science (Sampson Low Publication Marston & Co. Great Britain,1964).

التصنيف : الصناعة

المجلد: المجلد العاشر

رقم الصفحة ضمن المجلد : 574

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية