Часовникът е инструмент, устройство за отчитане и показване на времето и служи за измерване времетраенето до или на дадено събитие или процес и спомага за по-добро планиране на отделните дейности. Той е едно от най-древните човешки изобретения. При старинните часовници на всеки кръгъл час се възпроизвежда някакъв звуков сигнал от камбана или звънец, който се повтаря толкова пъти, колкото е часът.
Часовникът задоволява естествената нужда на човек да измерва кратки интервали от време.
Големината на часовниците днес е различна – от атомни часовници, ръчни часовници до часовници на кули. Те се задвижват от най-различни механизми – гравитация, пружини, електричество и други и се регулират с различни устройства, едно от които е махалото.
Хронометърът е вид часовник, предназначен за измерване на кратки периоди от време с много голяма точност. Името му идва от гръцката митология, по-точно богът на времето Хронос. Най-напред се използва при морската навигация и се нарича морски хронометър. С него се определя географската дължина с помощта на звездната навигация. Джон Харисън е първият, който постига желаната прецизност с тези уреди.
Известен е още като сахат, саатсахат в речник на българския език от ИБЕ към БАН., или остаряло и диалектно сахатник, саатниксахатник в речник на българския език от ИБЕ към БАН..
История Човечеството в своето развитие е създавало различни начини за измерване на времето. Ксенофонт сочи, че през деня времето се определя от Слънцето, а през нощта – от звездите. Часовникът е едно от най-старите човешки изобретения. Едни от първите часовници, използвани в древността, са слънчевите. В древността египетските жреци са използвали така наречени звездни часове (часът се познавал по появата на определена звезда в съответната десетдневка на месеца). С появата на водните и слънчевите часовници става възможно по-точно да се определя времето на деня. Деленето на деня и нощта е ставало поотделно.
Изискването за еднаква продължителност на нощното и дневното делене е за нуждите на астрономите. Съществували са две системи за деление на денонощието: на 12 равни части, както са го делили вавилонските жреци, и на 24 равни части, както са го делили египетските жреци. Учените от Древна Гърция възприемат египетското деление на денонощието, но разделят този египетски час на 60 равни части съгласно вавилонската система за отчитане. Те са ползвали водни часовници, в които определено количество вода трябва да изтече за точно определено време. С появата на първите механични часовници, при които е възможно много по-точно да се отчита времето, независимо от сезона и мястото, се използва същата система с делене на 24-часовото денонощие на 60 минути всеки час. Независимо от това променлива продължителност на часовете продължава да се използва в ежедневието, като в някои райони на Средиземноморието се използва и през XIX век.Бикерман, Хронология на древния свят
Слънчеви часовници
Примитивни средства за измерване на времето за известни от дълбока древност.
Така например в Древен Египет устройство, датиращо около 1500 пр.н.е. с форма на T-квадрат, измерва времето посредством сянката, която хвърля. „T“ на устройството е ориентирано в източна посока на сутринта. На обяд устройството бива завъртано, така че да може да хвърля сянка и във вечерните часове.Barnett, Jo Ellen Time's Pendulum: The Quest to Capture Time—from Sundials to Atomic Clocks Plenum, 1998 ISBN 0-306-45787-3, p. 28
Слънчевите часовници използват гномон за да хвърлят сянка върху отбелязани знаци, които са калибрирани така, че да отбелязват всеки час. Слънчевите часовници отбелязват местно време.
Водни часовници
Най-прецизните уреди за измерване на времето от древността са водните часовници (наречени още клепсидра). Един такъв е намерен в гроба на египетския фараон Аменхотеп I (1525 – 1504 пр.н.е.). Те могат да отчитат времето дори през нощта, но имат и недостатък, че изискват намесата на човек да регулира изтичането на водата. Древните гърци редовно са записвали всички астрономически наблюдения с възможно най-точно отчитане на времето. Арабските инженери правят няколко подобрения на водния часовник по време на Средновековието.Barnett, Jo Ellen Time's Pendulum: The Quest to Capture Time—from Sundials to Atomic Clocks Plenum, 1998 ISBN 0-306-45787-3, p. 37 През XI век китайците изобретяват първия механичен часовник със спусков механизъм.
Пясъчни часовници
Много устройства се използват за да измерват определени времеви интервали, независимо от времето на денонощието. Такива са пясъчните часовници, свещи, горивни лампи и др. Пясъчният часовник използва изтичането на пясъка през тесен отвор за отчитане на времето. Най-широка употреба намира в навигацията. Така например Фернандо Магелан използва 18 от тях на всеки кораб при околосветските си пътешествия (1522 г.).Laurence Bergreen, Over the Edge of the World: Magellan's Terrifying Circumnavigation of the Globe, HarperCollins Publishers, 2003, hardcover 480 pages, ISBN 0-06-621173-5 Ароматизирани пръчки и свещи са често използвани в църкви навсякъде по света за отчитане на времето. В манастирите в Европа по време на средновековието се използват водни и механични часовници.North, J. (2004) God's Clockmaker: Richard of Wallingford and the Invention of Time. Oxbow Books. ISBN 1-85285-451-0Watson, E (1979) "The St Albans Clock of Richard of Wallingford". Antiquarian Horology 372 – 384.
Часовник, задвижван с пружина Задвижваните с пружина часовници се появяват през XV век. Използването на пружина за задвижването на часовника изправя майсторите часовникари пред нов проблем – как да се осигури равномерно движение на механизмите при развиването на пружината и съответно по-слабото в края задвижване.
Часовник с махало
Следващото развитие на точността става след 1656 г. с развитието на часовника с махало. Галилео Галилей има идеята за използване на махалото за регулиране на движението на устройство за измерване на времето. За изобретател на часовника с махало се счита обаче Кристиан Хюйгенс. Той определя математическата формула, която дава зависимостта между дължината на махалото и времето (99,38 cm за една секунда движение) и прави първия часовник, задвижван от махало. Първата конструкция на този часовник е направена в Хага, но е възприета в Англия за производство. Там английският часовникар Уилям Клемент изработва часовник, който става задължителна част от интериора на богаташките къщи (longcase clock) (известен като „дядо часовник“). Това е висок стоящ на пода часовник с махало, поместено в кутията. Тогава започват да се изработват красиви дървени кутии за часовниците, както и рисувана ръчно керамика. Днес тези часовници имат основно историческа и културна стойност.
През 1670 г. той създава и анкерната вилка В Англия се въвежда за първи път и втората стрелка на часовника – минутната стрелка.
Спирална пружина и балансов механизъм
През 1675 година Хюйгенс и Робърт Хук изобретяват спиралната (часовниковата) пружина. Това изобретение прави възможно точното регулиране на осцилирането на балансовата тежест и с това прави възможно изработката на компактен часовник. На първо време това е вид джобен часовник. Английският часовникар, Томас Томпион е един от първите, които използват успешно този механизъм в създадения от него джобен часовник.
В състава на балансовия механизъм влизат: Балансово колело; Спирална пружина; Вилка; Градусник – лост за регулиране на точността; Храповик.
Точността на работа се регулира с градусник – лост, който изважда от нормалното функциониране част от спиралната пружина. Балансът е чувствителен към промяната на температурата и затова част от колелото и спиралната пружина се правят от сплав с малък коефициент на температурно разширение.
За повишаването на точността на работа балансово колело е снабдено с винтчета за балансировка. С подобряването на механичната обработка от прецизни стругове, винтовете за балансиране стават излишни и остават в някои часовници като декорация.
Балансов механизъм се използва преимуществено в преносимите часовници – джобни и ръчни. Поради нечувствителността на часовниците с махало към изменението на температурата, те се използват за вграждане в часовникови кули, както и в настолни и стенни часовници.
Морски хронометър
Основният стимул за подобряване на точността и надеждността на часовниците е изключителното им значение за навигацията. В продължение на няколко века (до появата на сателитните системи за позициониране) географската дължина, на която се намира кораб в морето, е можела да се определи с достатъчна точност единствено при наличието на часовник, който има грешка, по-малка от 10 секунди на денонощие. Този часовник не трябва да има махало, поради невъзможността да се използва в люлеещия се кораб. През 1714 г. британското правителство обявява голяма награда на стойност 20000 паунда, за този, който изобрети метод за точно определяне на географската дължина.
През 1735 г. Джон Харисън прави своя първи хронометър, който той продължава да усъвършенства през следващите години, преди да го представи за изпитвания. Този часовник има внедрени много изобретения, включително използването на лагери за намаляването на триенето, тегловни баланси за компенсиране на клатенето на кораба и използването на два различни метала за компенсирането на топлинното разширение.
Хронометърът е тестван през 1761 г. от сина му и в края на 10-ата седмица на изпитванията, часовникът дава грешка по-малка от 5 секунди.
Основни възли Редица изобретения, правени от учените през годините, водят до превръщането на часовника в масов и високо надежден продукт.
Лагери
Лагерите с използване на скъпоценни и полускъпоценни камъни са изобретени през 1704 г. от Никола Фасио дьо Дюилие и Петер и Якоб Дебофри, които получават за идеята английски патент. Първоначално се използват естествени камъни като диамант, сапфир, рубин и гранат. През 1902 г. изобретяването на процес на производство на синтетичен сапфир и рубин (от кристален алуминиев оксид), водят до голямо поевтиняване на часовниковите лагери. В България се използва понятието камък за този вид лагеруване. Обикновеният механичен часовник (без опции) трябва да има 17 камъка за осигуряване на триещите се части.
Отворите на лагерите се правят с използването на диамантен абразив. В модерните производства се използва лазер, химическо ецване или ултразвук.
Въпреки че основното предназначение на този вид лагери е в механичните часовници, не е изключено използването им и в кварцовите часовници. При тях точността на работа не зависи особено от този вид лагери.
Индикация Обикновено дисплеят показва точния час в часове, минути и секунди в разбираема за хората форма. Първите механични часовници през XIII век нямат визуален индикатор и показват времето чрез биене на камбана. Аналоговите часовници показват времето чрез аналогов циферблат с разположени по периферията часовете от 1 до 12, които часовата стрелка обикаля два пъти на денонощие. Минутната стрелка обикаля веднъж на всеки час и секундната веднъж на минута. Цифрови часовници показват времето чрез цифрова индикация. Говорещи часовници като тези на телефонната услуга „точно време“ чрез предварителен запис или синтезиране на глас. Часовник в центъра на град Илменау показва времето чрез течна индикация, в която стълбове цветна течност показват времето.
Първи електрически часовници През XIX век се правят различни опити за използване на електрически източници на захранване включително от батерии за задвижване на часовникови механизми. Основната цел е замяната на ръчното зареждане на енергия на входа със зареждане с електрически източник. Правят се опити за използване на електрически двигател или електромагнити за целта. През 1841 г. е патентовано първото електромагнитно махало.