Tengerészeti kronométer

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Tengerészeti kronométernek nevezzük azt az időmérő szerkezetet, ami pontosan és stabilan jár, hordozható, és stabilitása nem romlik a hajózás során. Alkalmazásával meghatározható a hajó földrajzi hosszúsága.

18. századi megjelenése forradalmasította a hosszú távú tengeri hajózást, illetve navigációt. Az első valódi kronométer egyetlen ember életre szóló munkájának eredménye volt. John Harrison 31 éven át folyamatosan fejlesztette az általa feltalált óraszerkezetet.

A kronométer szót első ízben Jeremy Thacker használta 1714-ben, aki a pontos tengeri időmérők számára abban az évben kitűzött díjra pályázók között volt.[1]

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jeremy Thacker kronométerének rajza. A szerkezetben vákuum volt, hogy a levegő súrlódása ne befolyásolja a működését

A Föld felszínén elfoglalt pozíció meghatározásához elvileg három adat szükséges: a földrajzi szélesség, a földrajzi hosszúság és a tengerszint feletti magasság. A tengeri hajózásban a magasság meghatározásától általában eltekintenek, hiszen az megfelel az aktuális tengerszintnek (az egyes tengerek szintje között több méteres eltérések lehetségesek, de ekkora eltérés egy hajó szempontjából lényegtelen).

Az 1750-es évek közepéig a tengeren való navigáció az európai hajósok számára csak a szárazföld láthatósági határáig volt megoldva, azon túl problémának számított, mert a földrajzi hosszúság meghatározására nem volt jól használható, pontos módszerük.

A navigátorok meg tudták határozni a földrajzi szélességet a Nap láthatósági szögének megmérésével deleléskor (ez a legnagyobb magasság, a kulmináció). A földrajzi hosszúság meghatározásához a Galileo Galilei által javasolt módszer, a Jupiter holdjainak megfigyelése, a szárazföldön használható, a tengeren azonban kivitelezhetetlen a hajó mozgása miatt.

A „Hold pozíciójának mérése” módszer használható volt a tengeren is. A módszer abból állt, hogy a navigátor megmérte a Hold szögtávolságát egy ismert égi objektumtól. Ezt az adatot egy csillagászati almanach közölte, az adatot greenwichi középidőben megadva. Szükséges volt meghatározni a helyi időt a méréskor, ezt általában szintén egy csillag kelésével vagy nyugvásával adták meg. A navigátor ezután átszámította a mért és az almanach által megadott értékeket időkülönbségre. A mérés pontossága általában mindössze néhányszor 10 kilométer volt. A módszert először Johannes Werner javasolta 1514-ben, de a gyakorlatban csak 1750 és 1850 között használták.

Gemma Frisius holland tudós már 1530-ban javasolta a földrajzi hosszúság meghatározásához a kronométer használatát. A kronométer használatának jelentősége az, hogy megállapítható vele a helyi idő és egy ismert koordinátájú földrajzi hely, például a greenwichi idő különbsége (amihez a kronométert induláskor beállították). A Föld tengely körüli forgása alapján 1 óra időkülönbség 15°-nak felel meg (24 óra = 360°). Vagyis az időkülönbség megállapításával megkapjuk a földrajzi hosszúság eltérését az ismert hely földrajzi hosszúságához viszonyítva.

Az első tengerészeti kronométerek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Christiaan Huygens, az ingaóra 1656-os feltalálója 1673-ban, Franciaországban kísérelte meg első ízben a tengerészeti kronométer létrehozását Jean-Baptiste Colbert anyagi támogatása segítségével.[2][3] 1675-ben Huygens létrehozott egy kronométert, amiben a szabályozást lendkerék és rugó végezte, az inga helyett. Az óra azonban pontatlannak bizonyult a tengeren.[4]

Henry Sully (1680-1729) első tengerészeti kronométere 1716-ban

További kísérletet tett Jeremy Thacker Angliában (1714), és Henry Sully Franciaországban (1716) kronométer létrehozására. Sully 1726-ban publikálta erre vonatkozó munkáját Une Horloge inventée et executée par M. Sulli címmel. Azonban egyikük alkotása sem működött megbízhatóan a tengeren.[5]

Harrison H4 kronométerének rajza (1761), ami a The principles of Mr Harrison's time-keeper című írásában jelent meg 1767-ben.[6]
Ferdinand Berthoud tengerészeti kronométere, no.3 (1763)

1714-ben az angol kormány pályázatot írt ki a földrajzi hosszúság tengereken való meghatározásának módszerére. A díj az elért pontosságtól függően 10 000 és 20 000 angol font volt (mai értéken több millió font). John Harrison yorkshire-i ács 1730-ban adta be pályázatát. 1735-re létrehozta első kronométerét (későbbi alkotásai történetében nulladik), amiben két, egymással összhangban, de ellentétesen mozgó súly kiegyenlítette a hajók szabálytalan mozgásából adódó zavarokat.

Harrison H1 jelzésű kronométere

Tengeren is működő H1 és H2 jelzésű kronométerét 1741-ben hozta létre, amik szintén ezt a rendszert alkalmazták. Rájött azonban, hogy ez az óraszerkezet a felépítéséből adódóan érzékeny a centrifugális erőre, tehát elvileg sem lehet elég pontos. A teljesen áttervezett H3 konstrukció 1759-ben körkörösen mozgó kiegyenlítést és gördülőcsapágyat tartalmazott, továbbá két fémből álló bimetál-szalagot, aminek a hőmérsékletre való érzékenység csökkentésében volt szerepe. Ezeket a megoldásokat manapság is alkalmazzák a hasonló szerkezetekben. John Harrison azonban rájött, hogy a H3 körkörösen mozgó szerkezete túl nagy és pontatlan, ezért elhagyta ezt az elgondolást is.[7] Harrison a maga számára elérendő pontosságot a sokkal kisebb H4 szerkezetével érte el 1761-ben. A H4 mai szemmel úgy nézett ki, mint egy nagyra nőtt, 12 cm átmérőjű zsebóra. Ebben már hőmérséklet-kompenzáló rugó is volt.

Harrison H4 jelzésű "Tengeri órá"-ja a felhúzókarral
Pierre Le Roy tengerészeti kronométere 1766-ból. A fénykép a Musee des Arts et Metiers-ben készült
Harrison H5 jelzésű kronométere, 1772

Ezeket a technikai megoldásokat egészen az elektronikus oszcillátor, mint időmérő megjelenéséig használták.

„A földrajzi hosszúság bizottság” 1767-ben tette közzé Harrison munkáját The Principles of Mr. Harrison's time-keeper címmel.

Sok hadtörténész szerint a Brit Birodalom nem tudott volna olyan naggyá fejlődni a tengerészeti kronométerek alkalmazása nélkül, hiszen ez kulcsfontosságú volt a hajók földrajzi helyzetének meghatározásában. Ebben az időszakban a brit hadihajók többnyire rendelkeztek kronométerrel, de ellenfeleik, a portugálok, a hollandok és a franciák még nem.[8]

A legteljesebb nemzetközi tengerészeti kronométer-gyűjtemény (beleértve Harrison óraszerkezeteit a H1-től a H4-ig) a National Maritime Museum-ban található, Greenwich, Nagy-Britannia.

Modern kronométerek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A technológia kezdetben annyira drága volt, hogy nem minden hajó engedhette meg magának, hogy kronométere legyen. Ennek egyik következménye volt az Arniston hajó tragédiája 1833-ban.[9]

Az angol királyi flotta 1825-től kezdve rutinszerűen felszerelte hadihajóit tengerészeti kronométerrel.[10]

Mivel a hajó kronométerét indulás előtt a pontos időhöz kellett szinkronizálni a tengeren való használhatóság érdekében, szokássá vált, hogy a hosszabb útra induló hajók rövid ideig horgonyt vetettek a Temze folyón és megvárták a greenwichi királyi csillagászati obszervatórium pontosidő-jelzését, ami egy gömb leejtésével történt minden nap, pontban 13 órakor.[11] Ebből a gyakorlatból alakult ki később a Greenwich Mean Time, azaz a greenwichi középidő mint kiinduló zónaidő nemzetközi alkalmazása.[12] A gömb leejtésének gyakorlata 1920 körül szűnt meg, amikor a BBC rádió kezdte átvenni a pontosidő jelzésének szerepét.

Bár az ipari forradalom a 19. században jelentősen átalakította az órakészítés technológiáját is, a kronométer készítése még jó ideig kézzel végzett munka maradt.

A 20. század kezdetén az olyan svájci órakészítő manufaktúrák, mint az Ulysse Nardin sokat tettek a kronométerek korszerűbb gyártása felé, például más órákban alkalmazott alkatrészeket is felhasználtak, ezzel az előállítás gyorsabbá és olcsóbbá vált. A kronométerek tömeges alkalmazását a második világháború kényszerítette ki, ahol az amerikai haditengerészet, az amerikai hadsereg, majd a szövetségesek is kronométereket kezdtek használni a hadműveletek összehangolásához.

A mechanikus kronométerek problémái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kronométer mechanizmusának diagramja (a kúp alakú szerkezet a változó rugóerőt egyenletessé alakítja

A tengerészeti kronométereknek ellen kellett állniuk a tengerekre jellemző, állandóan változó és kiszámíthatatlan mozgásoknak, és hasonlóképpen a változó hőmérséklet hatásait is ki kellett küszöbölniük, mivel az a rugók hosszát, és ezzel a rezgési időt befolyásolta. A kronométerek ennek ellensúlyozására bimetálokat alkalmaztak, vagyis olyan fémötvözeteket, amik két fémből álltak, és a hőmérséklet változására egy apró súly úgy mozdult el, hogy a hőmérséklet hatását kiegyenlítse. Általában nikkel-acél ötvözetet alkalmaztak erre a célra. Ennek feltalálója Charles Edouard Guillaume volt, aki emiatt elnyerte az 1920-as Fizikai Nobel-díjat. 2013-ig ez az egyetlen Nobel-díj, amit méréstechnikával kapcsolatban adtak ki.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Sobel, Dava. Longitude: The True Story of a Lone Genius Who Solved the Greatest Scientific Problem of His Time. Penguin Books, 56, 57. o. ISBN 0-14-025879-5 „Dismissing other solutions to the longitude problem, Thacker wrote "In a word, I am satisfied that my Reader begins to think that the Phonometers, Pyrometers, Selenometers, Heliometers and all the Meters are not worthy to be compared to my Chronometer"” 
  2. Discovering the Great South Land Byron Heath p.167
  3. The maze of ingenuity: ideas and idealism in the development of technology Arnold Pacey New p.133ff [1]
  4. Time for science education by Michael R. Matthews p.152
  5. A Chronology of Clocks
  6. The principles of Mr Harrison's time-keeper
  7. A description concerning such mechanism as will afford a nice, or true, mensuration of time John Harrison, 1775, p.14 "..no ponderosity in a pendulum or a balance, can rightly or ever make up the want of velocity; and indeed velocity was very much wanting in my three large machines.."
  8. Alfred T. Mahan: The Influence of Sea Power on History
  9. Hall, Basil. Chapter XIV. Doubling the cape., The Lieutenant and Commander. London: George Bell & Sons (via Gutenberg.org) (1833 1862). OCLC 9305276. Hozzáférés ideje: 2007. november 9. 
  10. Britten, Frederick James. Former Clock & Watchmakers and Their Work. New York: Spon & Chamberlain (1894). Hozzáférés ideje: 2007. augusztus 8. „Chronometers were not regularly supplied to the Royal Navy until about 1825” 
  11. Golding Bird. The Elements of Natural Philosophy; Or, An Introduction to the Study of the Physical Sciences. J. Churchill and Sons, p545. o (1867). Hozzáférés ideje: 2008. szeptember 24. 
  12. Tony Jones. Splitting the Second. CRC Press, p121. o (2000). ISBN 0750306408+date=2000 

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Marine chronometer című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.