Μηχανισμός που χρησιμεύει για τη μέτρηση του χρόνου.
Βασικό εξάρτημα κάθε ρολογιού είναι ο λεγόμενος αντισταθμιστής, που μπορεί να είναι είτε εκκρεμές είτε σπειροειδές[GLi]ελατήριο. Το εκκρεμές χρησιμοποιείται μόνο στα μεγάλα ρολόγια τοίχου, εκκλησιών, πύργων κ.α., τα οποία χρησιμοποιούνται πλέον για διακοσμητικούς κυρίως λόγους. Αντίθετα, όλα τα σύγχρονα ρολόγια (χεριού, επιτραπέζια, ξυπνητήρια, χρονόμετρα κ.α.) χρησιμοποιούν τη διάταξη του σπειροειδούς ελατηρίου από λεπτό χαλύβδινο έλασμα. Το ελατήριο αυτό κάνει ταλαντώσεις με ίση περίοδο γύρω από τον άξονά του. Το εξωτερικό του άκρο είναι σταθερά στερεωμένο, ενώ το εσωτερικό του στηρίζεται στον άξονα που μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του. Καθώς ο άξονας στρέφεται, το ελατήριο τεντώνεται (μαζεύεται) γύρω του και όταν σταματήσει η εξαναγκασμένη περιστροφή του άξονα (κούρδισμα), το ελατήριο αρχίζει να ξετεντώνεται βαθμιαία με ισόχρονες μικρές ταλαντώσεις. Η περίοδος των ταλαντώσεων αυτών εξαρτάται από τη ροπή αδράνειας του άξονα και από το μήκος και την ελαστικότητα του ελατηρίου. Μεγάλο πλεονέκτημα των ρολογιών του είδους αυτού, σε σύγκριση με εκείνα που λειτουργούν με εκκρεμές, είναι το γεγονός ότι η λειτουργία τους δεν επηρεάζεται από την επιτάχυνση της βαρύτητας. Εκτός από αυτό δεν επηρεάζεται και από τους κραδασμούς του ανθρώπινου χεριού ή των πιθανών χτυπημάτων, γιατί η γωνιακή επιτάχυνση του ταλαντωτή τους είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του χτυπήματος ή οποιουδήποτε άλλου αιτίου που θα επιδράσει στο ρολόι. Στον άξονα του ρολογιού είναι στερεωμένοι ο ωροδείκτης, ο λεπτοδείκτης και ο δευτερολεπτοδείκτης, που η λειτουργία τους γίνεται δυνατή με ένα σύστημα γραναζιών, τροχών και αξόνων, που κινούνται ανάλογα με τις ταλαντώσεις του ελατηρίου.
Μεγάλο πρόβλημα στα κοινά ρολόγια υπήρξε για πολύ καιρό η ελάττωση ή εξάλειψη των σφαλμάτων τους, που βασικά προέρχονται από δύο αιτίες: α) τη μεταβολή της θερμοκρασίας και β) τις διαταραχές του ρυθμιστή[GLi]στον ταλαντωτή ή το εκκρεμές. Η μεταβολή της θερμοκρασίας αυξομειώνει το μήκος του ελατηρίου ή του εκκρεμούς με ανάλογη αυξομείωση της περιόδου ταλάντωσής τους. Το πρόβλημα λύθηκε για τα εκκρεμή με τη χρησιμοποίηση του κράματος ίνβαρ (ατσάλι και νίκελ), ενώ για τα ελατήρια με τη χρησιμοποίηση του κράματος ελινβάρ. Τα δύο αυτά κράματα έχουν συντελεστή διαστολής περίπου μηδέν. Οι διαταραχές του ρυθμιστή περιορίστηκαν ή εξαλείφτηκαν με καταλληλότερους μηχανισμούς.
Η νεότερη τεχνολογία κάτω από την πίεση της ραγδαίας εξέλιξης των διαστημικών, ατμοσφαιρικών και υποβρύχιων ερευνητικών προγραμμάτων εφεύρε και κατασκεύασε πολλούς τύπους ρολογιών, που λειτουργούν με διαφορετικές αρχές από αυτές των κοινών ρολογιών. Έτσι, στη σύγχρονη εποχή υπάρχουν οι εξής κατηγορίες ρολογιών με αρκετές υποδιαιρέσεις στην καθεμιά.
α) Ηλεκτρικά ρολόγια. Η κατασκευή τους χρονολογείται από το 1840. Λειτουργούν αποκλειστικά με ηλεκτρικό ρεύμα ή μπαταρία, που κινεί ένα σύγχρονο κινητήρα. Υπάρχουν και εδώ μηχανισμοί ανάλογοι με αυτούς των κοινών ρολογιών, αλλά είναι πολύ απλούστεροι, αθόρυβοι και λειτουργούν με μεγάλη ακρίβεια. Ο κινητήρας τους[GLi]τροφοδοτείται με εναλλασσόμενο ρεύμα και η ταχύτητα περιστροφής του είναι ανάλογη προς τη συχνότητα του ρεύματος. Αν λοιπόν το ρεύμα με το οποίο τροφοδοτείται ο κινητήρας δεν παρουσιάζει διακυμάνσεις στη συχνότητά του, τότε το ηλεκτρικό ρολόι έχει μεγάλη ακρίβεια στις ενδείξεις του. Η ακρίβεια των ρολογιών αυτών ελαττώνεται, όταν τροφοδοτούνται με το ρεύμα της πόλης, που η συχνότητά του παρουσιάζει διακυμάνσεις γύρω από μια μέση τιμή.
β) Ατομικά ρολόγια. Λειτούργησαν για πρώτη φορά το 1954 με βάση την εξής αρχή: μια δέσμη ατόμων καισίου διοχετεύεται μέσα σε κενό, περνά ανάμεσα από κατάλληλο μαγνητικό πεδίο και τελικά κατευθύνεται σε δύο αντηχεία συντονισμού. Μόλις η κβαντική συχνότητα μετάπτωσης των ατόμων καισίου συμπέσει με τη συχνότητα συντονισμού των αντηχείων, παράγεται ή απορροφάται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια, με την οποία τροφοδοτείται ο μηχανισμός του ρολογιού και έτσι μπαίνει σε λειτουργία. Πρόκειται για ρολόγια μεγάλης ακρίβειας της τάξης 10-10.
γ) Ρολόγια με πιεσμένο αέρα. Χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις με πολλά ρολόγια. Συνήθως είναι ηλεκτρικά και ο πιεσμένος αέρας χρησιμοποιείται για τη σύνδεσή τους με το μητρικό ρολόι.
δ) Ρολόγια με αμμωνία (μέιζερ). Λειτούργησαν για πρώτη φορά το 1953 με βάση την εξής αρχή: μόρια αμμωνίας (ΝΗ3) διοχετεύονται μέσα σε νερό και εκτρέπονται από ηλεκτρικό πεδίο, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ταλαντούμενου συστήματος λόγω της ανταλλαγής ενέργειας ανάμεσα στα μόρια της αμμωνίας. Κατά την αναστροφή του αζώτου στο μόριο της αμμωνίας συμβαίνει κβαντική μετάπτωση, που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ενέργειας με την οποία λειτουργεί το ρολόι αμμωνίας.
ε) Ρολόγια χαλαζία. Είναι τα ρολόγια με τη μεγαλύτερη ακρίβεια. Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στο φαινόμενο του πιεζοηλεκτρισμού. Κύριο εξάρτημά τους είναι μικρός δίσκος από χαλαζία, που τοποθετείται ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια εναλλασσόμενου ρεύματος, με αποτέλεσμα να πάλλεται και οι[GLi]κραδασμοί του να παρουσιάζουν πολύ μεγάλη σταθερότητα. Με κατάλληλο ηλεκτρονικό σύστημα η συχνότητα των κραδασμών υποπολλαπλασιάζεται σε επιθυμητά όρια και έτσι δημιουργείται εναλλασσόμενο ρεύμα, που τροφοδοτεί σύγχρονο ηλεκτροκινητήρα, με τον οποίο επιτυγχάνεται η λειτουργία του ρολογιού. Οι διατάξεις των ρολογιών χαλαζία είναι αρκετά πολύπλοκες, αλλά η ακρίβειά τους τα έκανε απαραίτητα στα αστεροσκοπεία, όπου χρησιμοποιούνται για τη συντήρηση του χρόνου. Η συχνότητά τους ελέγχεται είτε με τα μοριακά ρολόγια αμμωνίας είτε με τα ατομικά ρολόγια.
Ιστορία του ρολογιού
Η πρώτη μορφή ρολογιού εμφανίστηκε με το ηλιακό ρολόι στην Κίνα και την Αίγυπτο, περίπου το 13ο αι. π.Χ. Αποτελούνταν από έναν πάσσαλο, που το μήκος της σκιάς του χρησίμευε στη μέτρηση του χρόνου. Τα ρολόγια αυτά οι Έλληνες τα ονόμαζαν γνώμονες.
Οι ανεπάρκειες όμως αυτού του ρολογιού ώθησαν στην εφεύρεση της κλεψύδρας και της αμμοδόχου. Η πρώτη αποτελούνταν από ένα δοχείο[GLi]με νερό. Το δοχείο αυτό είχε μια τρύπα και η εκάστοτε στάθμη του νερού έδειχνε την ώρα. Παραλλαγή της αποτέλεσε η αμμοδόχος, όπου αντί για νερό υπήρχε άμμος.
Τα δύο αυτά είδη με την πάροδο του χρόνου τελειοποιήθηκαν και πέρασαν πολλοί αιώνες, ώσπου να κατασκευαστεί το πρώτο μηχανικό ρολόι (γύρω στα 1000 μ.Χ.) από το βενεδικτίνο καλόγερο Γερβέρτο ντ’ Οριγιάκ, τον κατοπινό πάπα Σίλβεστρο Β’. Κατά τη διάρκεια του μεσαίωνα ο Πέτερ Χένλαϊν παρουσίασε στη Νιρεμβέργη το πρώτο ρολόι τσέπης.
Ο Γαλιλαίος το 16ο αι. ήταν αυτός που ασχολήθηκε με το ρολόι στο επίπεδο επιστημονικής κατασκευής. Οι μελέτες του για τις ταλαντώσεις ήταν οι βάσεις πάνω στις οποίες στηρίχτηκε ο Ολλανδός Κρίστιαν Χούινκενς, για να παρουσιάσει το 1657 το πρώτο εκκρεμές ρολόι.
Η βιομηχανία της ωρολογοποιίας εμφανίστηκε στη Γαλλία το 16ο αι. και, μετά από τους θρησκευτικούς πολέμους, στην Ελβετία. Ύστερα από τη Γαλλική Επανάσταση αναπτύχθηκε βιομηχανία ωρολογοποιίας στην Μπεζανσόν της Γαλλίας. Στο 19ο αι. έπαψε η κατασκευή ρολογιών-κοσμημάτων και άρχισε η συστηματική βιομηχανοποίησή τους και η πλατύτερη διάδοσή τους. Στα 1840 ο Α. Μπέιν κατασκεύασε το πρώτο ηλεκτρικό ρολόι.
Η τεχνολογία των ρολογιών τελειοποιούνταν συνεχώς, φτάνοντας στο σύγχρονο ηλεκτρονικό και ατομικό ρολόι, που πρωτοεμφανίστηκε στα 1954 και χάνει 1 δευτερόλεπτο στα 3.000 χρόνια.
