MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Mirosław Kroma Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich 731[05].O1.06 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2006 ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Recenzenci: mgr inż. Bartosik Krzysztof mgr inż. Dubis Piotr Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Kroma Mirosław Konsultacja: mgr inż. Zych Andrzej Korekta: Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 731[05].O1.06. Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich zawartej w programie nauczania dla zawodu zegarmistrz. Wydawca: Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2006. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 1 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2 Wymagania wstępne 4 3. Cele kształcenia 5 4. Materiał nauczania 6 4.1. Rozróżnianie historycznych metod pomiaru czasu 6 4.1.1. Materiał nauczania 6 4.1.2. Pytania sprawdzające 17 4.1.3. Ćwiczenia 17 4.1.4. Sprawdzian postępów 19 4.2. Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich 20 4.2.1. Materiał nauczania 20 4.2.2. Pytania sprawdzające 30 4.2.3. Ćwiczenia 30 4.2.4. Sprawdzian postępów 36 5. Sprawdzian osiągnięć 37 6. Literatura 42 ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 2 1. WPROWADZENIE Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności identyfikowania wyrobów zegarmistrzowskich. Poradnik zawiera materiał nauczania składający się z 2 tematów, są to: Rozróżnianie historycznych metod pomiaru czasu i Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich . Temat Historyczne pomiary czasu pomoże Ci zapoznać się z problematyką konstrukcji czasomierzy historycznych, dawnych metod pomiaru upływającego czasu oraz wprowadzi Cię w podstawowe wielkości określające pojęcie czasu . Temat Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich pomoże Ci nauczyć się rozpoznawać znaki poszczególnych firm zegarmistrzowskich oraz identyfikować ich wyroby. Poradnik ten posiada następującą strukturę: 1) Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiedzy, które powinieneś mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej. 2) Cele kształcenia tej jednostki modułowej. 3) Materiał nauczania (rozdział 4) umożliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania ćwiczeń. Materiał nauczania obejmuje: niezbędne informacje z danego tematu, pytania sprawdzające wiedzę potrzebną do wykonania ćwiczeń, zestaw ćwiczeń, sprawdzian postępów. 4) Sprawdzian osiągnięć zawierający zestaw zadań testowych z zakresu całej jednostki modułowej. Jeżeli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki modułowej. W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac wymagania te poznasz podczas trwania nauki. Poniżej przedstawiono miejsce tej jednostki modułowej w strukturze całego modułu: Techniczne podstawy zawodu zegarmistrza 731[05].O1 731[05].O1.01 731[05].O1.02 731[05].O1.03 731[05].O1.04 731[05].O1.05 731[05].O1.06 731[05].O1.07 ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 3 2. WYMAGANIA WSTPNE Przystępując do realizacji tej jednostki modułowej powinieneś umieć: analizować zjawiska fizyczne, poszukiwać informacji, analizować informacje, dokumentować informacje, przeprowadzać proste rozumowania logiczne, interpretować związki wyrażone za pomocą wzorów, tabel, wykresów, odczytać dokumentację techniczną, prezentować skutki własnych działań, obsługiwać komputer osobisty (PC) w stopniu podstawowym, stosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz ochrony środowiska. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 4 3. CELE KSZTAACENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: rozróżnić historyczne metody pomiaru czasu, scharakteryzować konstrukcje czasomierza w epokach historycznych, rozpoznawać symbole znaki zegarmistrzowskie, zidentyfikować charakterystyczne cechy wyrobów wiodących firm zegarmistrzowskich, zidentyfikować oryginalne czasomierze firm zegarmistrzowskich, zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz ochrony środowiska. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 5 MATERIAA NAUCZANIA 4.1. Rozróżnianie historycznych metod pomiaru czasu 4.1.1. Materiał nauczania Czas jest skalarną wielkością fizyczną, służąca do chronologicznego uszeregowania wszystkich zdarzeń. Według koncepcji wielu osób próbujących poznać istotą czasu, czas jest wielkością bezwzględną, absolutną (stąd tzw. czas absolutny), całkowicie niezależną od przestrzeni i jakichkolwiek czynników fizycznych, zmiana czasu (upływ czasu) jest jednakowy wszędzie. W życiu codziennym czas traktuje się właśnie jako wielkość absolutną. Posługiwanie się czasem do charakteryzowania zdarzeń (w tym zjawisk) pod względem kolejności ich występowania i trwania wymaga stworzenia możliwości określenia chwili (współrzędnej czasowej) zajścia zdarzenia oraz określenia odstępu czasu między poszczególnymi zdarzeniami. Do tego celu służą skale czasu realizowane za pomocą wybranych stabilnych zjawisk okresowych. W każdej skali umownie przyjmuje się wybraną chwilę jako początkową oraz określa jednostkę czasu, związaną z okresem zjawiska określającego skalę czasu. Do dokładnego wyznaczania chwili czasu oraz mierzenia upływu czasu służą zegary wyskalowane w określonej skali czasu. Obecnie stosowane są cztery systemy czasowe (skale czasu): czas atomowy międzynarodowy, czas uniwersalny, czas uniwersalny skoordynowany, czas efemeryd. Czas atomowy międzynarodowy (ang. Temps Atomique International) jest to czas ustalany przez Sekcję Czasu Międzynarodowego Biura Miar, na podstawie porównań wielu wzorców (etalonów) jednostki czasu (np. zegarów atomowych) rozmieszczonych w różnych miejscach na kuli ziemskiej. Ze względu na dużą stabilność okresu czasu stanowi bardzo dobry wzorzec czasu absolutnego. Jednostką czasu absolutnego jest sekunda (określenie sekundy zamieszczone jest w dalszej części poradnika). Czas uniwersalny (ang. Temps Universal) jest to czas oparty na uśrednionym w zakresie roku ruchu obrotowym Ziemi. Punktem początkowym doby jest dolna kulminacja Słońca na południku 0 (w Greenwich). Czas uniwersalny skoordynowany (ang. Temps Universal Coordonne) jest to czas atomowy międzynarodowy skorygowany o całkowitą liczbę sekund tak, aby różnica pomiędzy czasem uniwersalnym skorygowanym a czasem uniwersalnym nie przekraczała 0,9 s. Obecnie do czasu atomowego dodaje się 1s raz w roku, aby skompensować szybszy bieg czasu atomowego niż uniwersalnego. W ten sposób uzyskano możliwość stosowania czasu atomowego w obserwacjach astronomicznymi, wykorzystywanych np. w nawigacji. Czas efemeryd (ang. Temps des Ephmrides) jest to czas oparty na okresie obiegu Ziemi dookoła Słońca (rok zwrotnikowy). Czas ten służył do określenia jednostki czasu sekundy. Jednak, ze względu na to, że okres ten (między dwoma kolejnymi przejściami Ziemi przez punkt Barana) ulega systematycznemu skracaniu, do zdefiniowania jednostki czasu sekundy (zw. efemerydalną) wybrano określony rok: sekunda jest to 1/31 556 925,974 7 częścią roku zwrotnikowego 1900, 0 stycznia, godz. 12. Czas efemeryd jest zgodny z międzynarodowym czasem atomowym. W każdym miejscu można określić czas lokalny: jest to pora dnia. Czas lokalny określony jest według położenia Słońca obserwowanego z danego miejsca (lub według innej umownie przyjętej reguły). Czas lokalny jest jednakowy dla wszystkich punktów leżących na tym samym południku ziemskim i inny dla punktów leżących na różnych południkach. Ze względu na ruch obrotowy Ziemi w kierunku wschodnim czasy lokalne na południkach ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 6 leżących na wschód od danego południka są pózniejsze, a leżące na zachód wcześniejsze. Posługiwanie się zarówno czasem lokalnym jak i czasem uniwersalnym jest niepraktyczne ponieważ w danej chwili ta sama godzina na całej kuli ziemskiej odpowiada różnym porom dnia. Wprowadzenie czasu strefowego zmieniło sytuację. Powierzchnię Ziemi podzielono płaszczyznami południkowymi na 24 strefy czasu co 15 długości geograficznej, co odpowiada różnicy czasu lokalnego 1 h (godziny). Ten sam czas umownie przyjęto za obowiązujący w całej strefie obejmującej 15 po 7,5 na wschód i na zachód od południka środkowego strefy. Czas zachodnioeuropejski odpowiada strefie 0 (południk przechodzący przez Greenwich), czas środkowoeuropejski, odpowiada strefie 1 (południk 15 długości wschodniej), czas wschodnioeuropejski, odpowiada strefie 2 (południk 30 długości wschodniej). W niektórych krajach stosuje się odmienny czas w zimie i w lecie (np. w Polsce czasem zimowym jest czas środkowoeuropejski, a letnim czas o 1h pózniejszy). Z zagadnieniem czasu strefowego wiąże się sprawa datowania dni. Na mapie czasów strefowych w pobliżu południka 180 przebiega linia zmiany daty rozgraniczająca obszary na kuli ziemskiej różniące się datą kalendarzową o 1 dzień (przy jej przekraczaniu ze wschodu na zachód dodaje się w rachubie czasu 1 dzień, zaś z zachodu na wschód odejmuje 1 dzień). System rachuby czasu należy do najdawniejszych zagadnień astronomii. Podstawowe jednostki czasu, doba i rok, są związane z ruchem obrotowym i obiegowym Ziemi. Miarą czasu w astronomii jest kąt godzinny (współrzędne astronomiczne) wybranego punktu na sferze niebieskiej. W zależności od wyboru tego punktu rozróżnia się czas słoneczny prawdziwy, czas słoneczny średni i czas gwiazdowy. Czas słoneczny prawdziwy jest to kąt godzinny środka tarczy słonecznej powiększony o 12h. Północ prawdziwa wypada w chwili kulminacji dolnej Słońca, a odstęp między kolejnymi kulminacjami dolnymi nazywa się dobą słoneczną prawdziwą. Wskutek niejednostajnego ruchu rocznego Słońca po ekliptyce, czas słoneczny prawdziwy płynie niejednostajnie, a doba słoneczna prawdziwa ma zmienną długość. Aby zapobiec temu wprowadzono czas słoneczny średni jako kąt godzinny tzw. słońca średniego punktu poruszającego się po równiku niebieskim ruchem jednostajnym ze średnią prędkością Słońca prawdziwego, oraz dobę słoneczną średnią okres między kolejnymi kulminacjami dolnymi słońca średniego; dobę słoneczną średnią dzieli się na 24h, godzinę na 60 minut, a minutę na 60 sekund słonecznych średnich. Miarą czasu gwiazdowego jest kąt godzinny punktu Barana, a doba gwiazdowa to odstęp między kolejnymi kulminacjami górnymi punktu Barana. Doba gwiazdowa jest ok. 3 minuty i 56 sekund krótsza od doby słonecznej średniej. Czas gwiazdowy znajduje zastosowanie tylko przy obserwacjach astronomicznych. Do rachuby większych odstępów czasu służy kalendarz. Jednostką czasu we współczesnym kalendarzu jest rok zwrotnikowy, w ciągu którego Ziemia dokonuje pełnego obiegu wokół Słońca. Droga Ziemi dookoła Słońca ma kształt elipsy, w której ognisku znajduje się Słońce. Czas obiegu Ziemi wokół Słońca wynosi 365 dni, 5 godzin, 48 minut i 46 sekund, czyli 365,2422 doby. Rok kalendarzowy powinien zawierać całkowitą liczbę dni. Uwzględniając 0,2422 doby i uzależniając początek roku kalendarzowego od Słońca, powoduje początek każdego roku o innej porze i powoduje niezgodność ze zjawiskami astronomicznymi. W 46 r. n.e. Juliusz Cezar wprowadził w Rzymie kalendarz (juliański) w którym, trzy lata liczyły po 365 dni, a rok czwarty (przestępny) 366 dni. Dodatkowy dzień 29 lutego dołączano do roku którego liczba była podzielna przez cztery. Ten kalendarz dawał pewne niezgodności z porami roku i z ruchem Słońca. W końcu XVI w. różnica ta dochodziła do 10 dni. W 1582 r. został wprowadzony nowy kalendarz (gregoriański od imienia papieża Grzegorza XIII, za którego wprowadzono zmianę) w którym najpierw wyrównano różnicę 10 dni, wprowadzając po 4 pazdziernika od razu dzień 15 pazdziernika. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 7 Aby zapobiec powtórnemu powstaniu błędu przyjęto, że dni przestępne stosowane dotychczas co 4 lata opuszczane będą w takich latach, których liczba wyrażona jest pełnymi setkami, z wyjątkiem tych stuleci, które wyrażone są liczbą podzielną przez 400. Pozostałe lata liczyć należy jako zwykłe po 365 dni. Uzyskana różnica pomiędzy nowym kalendarzem a rachubą lat zwrotnikowych dochodzi do jednej doby po upływie 3300 lat. Podczas obiegu Słońca oś Ziemi odchylona jest od normalnej do płaszczyzny obrotu o kąt 2327 (rys. 1) . Wskutek tego pochylenia w jednym półroczu bardziej oświetlona jest półkula północna, a w drugim półroczu półkula południowa. Jest to powodem zmian Rys. 1. Ruch Ziemi dookoła Słońca [1, s 25]. temperatury, a w konsekwencji pór roku. Skutkiem odchylenia osi ziemskiej jest jeszcze to, że dni w lecie są dłuższe a noce krótsze a w zimie odwrotnie. Tylko dwa razy w roku dni i noce są sobie równe 21 marca i 23 września, najdłuższy dzień to 22 czerwca a najkrótszy to 22 grudnia. Dni te są dniami zmian pór roku. Już od najdawniejszych czasów rok dzielono na 12 części. Liczba ta jest ilością obiegów w roku Księżyca (dawniej nazywanego miesiącem) wokół Ziemi. Pełnego obiegu wokół Ziemi dokonuje Księżyc w ciągu 27,32 doby. Okres ten nazywany jest miesiącem gwiazdowym. Miesiąc kalendarzowy, będący 1/12 częścią roku kalendarzowego liczy 30,44 doby. A dokładnie 30 dni, 10 godzin, 29 minut i 3,8 sekundy. Przyjęcie długości miesiąca z taką dokładnością jest bardzo niepraktyczne. Podobnie jak z latami przyjęto pewne ułatwienia. Miesiące kalendarzowe liczą po 30 lub 31 dni, a luty 28 lub 29. Ta niejednakowa liczba dni w miesiącu wynika z braku pełnego podziału (bez reszty) liczby dni w roku przez liczbę miesięcy. Tydzień składa się z siedmiu dni. Przyjęcie dziesięcio dniowego tygodnia nie przyjęło się. Doba jest jednostką czasu, w ciągu której Ziemia wykonuje jeden pełen obrót wokół własnej osi. Wyraz dzień może oznaczać zarówno czas przebywania Słońca nad widnokręgiem, jak i okres pełnego obrotu Ziemi, dlatego lepiej zamiast dzień, czas obrotu Ziemi dookoła osi nazywać dobą. W ramach doby można wyróżnić dzień i noc. Moment południa i długość dnia przedstawia rysunek (rys. 2). Ziemia przedstawiona jest od strony bieguna północnego. Na kuli ziemskiej po przeciwnej stronie słońca panuje noc. Rys. 2. Dzień słoneczny na kuli ziemskiej [1, s 27]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 8 Linia łącząca Słońce i Ziemię przebiega przez południk 0 (zerowy w Greenwich). Na skutek ruchu obrotowego Ziemi wszystkie południki ustawiają się na wprost Słońca i wówczas na każdym z nich jest południe. Gdy w Londynie jest południe, to w Warszawie już minęło, a w Nowym Jorku jest poranek. W Tokio jest noc Japonia leży w cieniu (Możesz to dokładnie określić na szkolnym globusie, dla ułatwienia na rysunku (rys. 2) zaznaczony jest kierunek obrotu Ziemi). Wskutek obrotu Ziemi każdy południk znajduje się co 24 godziny na wprost Słońca ten okres czasowy nazywa się dobą słoneczną. Doba słoneczna nie jest wygodną jednostką, gdyż jej długość w ciągu roku się zmienia. Aby zachować związek rachuby czasu ze Słońcem i jednocześnie ujednolicić długość doby wprowadzona została średnia doba słoneczna. Obliczono ją dzieląc długość roku zwrotnikowego przez rzeczywistą ilość dni (1/365,2422 część roku). Obecnie dobę dzieli się na 24 godziny. Godzina (h) dzielona jest na 60 minut (min), a minuta na 60 sekund (s) nie sec., sek. tylko 1 s. Podczas XIII Generalnej Konferencji Miar w r. 1967/8 w Paryżu przyjęta została inna definicja sekundy. Wyniknęło to z potrzeby dokładniejszego zdefiniowania wzorca, gdyż zegary atomowe zapewniały dużo większą dokładność pomiaru, niż wzorzec utworzony na podstawie podzielenia roku zwrotnikowego przez ilość sekund w tym roku. Dla przeciętnego użytkownika zegara różnica jest całkowicie nieuchwytna. Z punktu widzenia nauki definicja sekundy jest następująca: Sekunda jest czasem trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania, odpowiadającego przejściu pomiędzy dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133. Oznacza to, że w atomie tym odbywa się w ciągu jednej sekundy 9 192 631 770 drgań. Zegar jest to przyrząd do wyznaczania czasu. Działanie zegara a właściwie sposoby wyznaczania czasu są oparte na zjawiskach okresowych (obrót Ziemi dookoła Słońca i dookoła własnej osi, ruchy pulsarów, ruch wahadłowy i drgający) lub na zjawiskach nieokresowych, opisanych określonym prawem (połowiczny okres rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, wypływ cieczy z naczynia). Zjawiska nieokresowe są obecnie wykorzystywane w rachubie czasu tylko do specjalnych celów (np. datowanie odległych w czasie zdarzeń na podstawie przebiegu rozpadu pierwiastków promieniotwórczych), a także w starego typu np. klepsydrach. Budowa większości współczesnych zegarów jest oparta na zjawiskach okresowych. Zegary takie składają się z następujących zasadniczych części: oscylatora, tj. elementu wytwarzającego przebieg okresowy ( generującego powtarzające się zdarzenia, tj. własną skalę czasu), układu przetwarzającego informację o liczbie okresów na wskazanie, układu nastawczego oraz układu zasilającego (zródła energii). Oscylatory konstruowane przez człowieka to gł.: wahadło, koło zamachowe ze sprężyną (balans), kryształ kwarcu wprawiony w ruch drgający (oscylator kwarcowy); oscylatory naturalne to atomy i cząsteczki oraz ciała niebieskie. W zależności od rodzaju oscylatora dzieli się zegary odpowiednio na mechaniczne (wahadłowe i balansowe), kwarcowe, atom. i astronomiczne. Cechą charakterystyczną każdego zegara jest stałość lub niedokładność jego chodu, określona wielkością fluktuacji wskazań czasu w określonym przedziale czasu. W zegarach wahadłowych wykorzystuje się ruch harmoniczny wahadła a zródłem napędu jest siła ciężkości (opadanie obciążnika) lub siła sprężystości (naciągana sprężyna). W zegarach balansowych wykorzystuje się izochroniczne drgania balansu (izochronizm). Balans ma np. postać pierścienia (osadzonego na wałku), mogącego się obracać dookoła osi, przechodzącej przez jego środek ciężkości, i wykonującego wokół tej osi obrotowy ruch drgający pod działaniem przymocowanej do wałka sprężyny (tzw. włosa). Stałość chodu zegara mechanicznych zależy od warunków zewn. (temperatury, ciśnienia) oraz zużywania się części zegara i zwykle jest rzędu kilku sekund na dobę. Zegary te są ostatnio zastępowane różnego rodzaju zegarami kwarcowymi. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 9 W zegarach kwarcowych wzorcem jest kryształ kwarcu pobudzany do drgań przykładanym do jego ścian okresowo zmiennym napięciem (zjawisko piezoelektryczne). Drgania te są podtrzymywane za pomocą układów elektronicznych. W układach generatora zródła drgań element kryształu kwarcu stanowi jego najważniejszy element. Z racji określonych właściwości kryształ drga z określoną właściwościami kryształu częstotliwością o wysokiej stałości. Dokładność wspomagana układem elektronicznym zapewnia bardzo wysoką dokładność wskazań. Stałość chodu takiego zegara w małym stopniu zależy od temperatury i innych czynników zewnętrznych, w większym stopniu od parametrów płytki kwarcowej. Dokładność chodu zegarów kwarcowych wynosi dla zegarów naręcznych co najmniej 10-3 s na dobę, a dla zegarów laboratoryjnych 10 3 10 5 s na dobę. Zegary kwarcowe są stosowane jako zegary i zegarki powszechnego użytku, a także jako elementy przyrządów pomiarowych, nawigacyjnych, elementy sterowania procesami technologicznymi, elementy kontrolujące wzorcowe sygnały. W zegarach atomowych wykorzystuje się zjawisko absorpcji lub emisji promieniowania elektromagnetycznego, przez atomy lub cząstki, podczas ich przejścia z jednego stanu energetycznego do drugiego. Dla danej cząstki częstotliwość promieniowania odpowiadająca określonemu przejściu jest niezmienna w czasie i zwykle w bardzo małym stopniu zależy od warunków zewnętrznych. Umożliwia to konstruowanie identycznych egzemplarzy danego zegara atomowego (co nie jest możliwe lub jest bardzo trudne w przypadku innych zegarów). Zegary atomowe odznaczających się ponadto bardzo dużą stałością chodu. Z tego względu na osiągane dokładności, zostały uznane za najdokładniejsze wzorce czasu i częstotliwości. Obecnie stosowane wzorce atomowe to głównie: wzorce cezowe, wykorzystujące 133 właściwości atomu izotopu cezu Cs. Wzorce cezowe pracują na zasadzie stabilizacji częstotliwości oscylatora kwarcowego, względem częstotliwości 9 192 631 770 Hz, odpowiadającej przejściu pomiędzy 3 i 4 poziomami energetycznymi (F3,0 F4,0 ) atomu 133 izotopu cezu Cs. Stałość chodu laboratoryjnego zegara cezowego wynosi ok. 2 10-9 s na dobę. Stanowi on wzorzec, na podstawie którego zdefiniowano międzynarodowy czas atomowy i podstawową jednostkę czasu sekundę. Zegary atomowe ze względu na ich zastosowanie w metrologii czasu i częstotliwości stały się istotnym czynnikiem rozwoju wielu dziedzin nauki i techniki. Przenośne wzorce cezowe, produkowane seryjnie przez kilka firm na świecie, odznaczają się stałością chodu ok. 2 10-7 s na dobę. Ostatnio są prowadzone intensywne badania nad właściwościami kilkudziesięciu atomów i cząsteczek, które mogą być wykorzystywane do budowy wzorców czasu i częstotliwości pracujących w różnych zakresach widma promieniowania elektromagnetycznego. Współczesne zegary używane w codziennym życiu mają rozbudowaną część wskazującą i podają godziny, minuty i sekundy, a także dane kalendarzowe. Pod względem wskazań rozróżnia się: zegary analogowe z tarczą i z naniesionymi na nią wskazami oraz ze wskazówką, cyfrowe ze wskaznikami najczęściej z diod świecących lub ciekłych kryształów. Rozróżnia się też zegary samodzielne, tzn. mające własny, niezależny układ oscylacyjny (własny takt), oraz zegary zależne, wykorzystujące obcy układ oscylacyjny (np. zegary sterowane sygnałami elektrycznymi z centralnego zegara matki zegary pierwotne i wtórne lub z sieci elektroenergetycznej, wykorzystując jako wzorzec częstotliwość sieci. Wszystkie zegary w danej strefie geograficznej powinny być ze sobą zsynchronizowane. Do tego celu służą podawane przez radio sygnały czasu. Ostatnio pojawiły się kwarcowe zegary naręczne synchronizowane drogą radiową z odległych radiostacji, nadających zakodowane sygnały czasu. Zegary są też wykorzystywane w urządzeniach napędzających elementy przyrządów, których działanie jest związane z upływem czasu, m.in. programatorów, rejestratorów, sygnalizatorów, wyłączników automatycznych. Zegary atomowe znalazły liczne zastosowania, m.in. przemyśle, w telekomunikacji, wojsku itp. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 10 Wyznaczenie pomiar czasu jest konieczne do uporządkowania życia, oraz wszelkich działań naukowo technicznych. Mierzenie czasu nie jest jednak przedsięwzięciem prostym. Przestrzeń łatwo jest zmierzyć odległości punktów materialnych są uchwytne dla zmysłów. Pomiary czasu, którego istota jest pojęciem niematerialnym, są skomplikowane już u podstaw. Przy pomiarach czasu konieczna jest obserwacja ruchu, ruch ten musi być jednostajny lub powtarzający się. Takie to rozumowanie nasunęło w przeszłości myśl o zbudowaniu zegara przyrządu pomiarowego do mierzenia czasu. W początkowym okresie cywilizacji dla uzmysłowienia biegu czasu posługiwano się tylko zmianami, jakie obserwowano w przyrodzie. Najważniejszymi najłatwiej rozróżnialnymi były dni i noce. Już na niższych szczeblach rozwoju cywilizacji powstaje potrzeba podziału tych naturalnych jednostek czasu na mniejsze odcinki. Środek dnia wyróżnia się największą wysokością słońca na niebie, w jego pozornym ruchu, a wtedy cień człowieka stojącego jest najkrótszy. Czas można było określać przez mierzenia długości cienia. Ten sposób pomiaru czasu przetrwał długo. Ok. 3000 lat p.n.e. pojawiły się w Egipcie, Babilonii, Chinach i Indiach pierwsze gnomony pionowe słupy lub pręty ustawione na poziomym terenie (rys. 3). Ich cień przesuwając się w ciągu dnia po ziemi oraz zmieniając swoją długość, umożliwiał orientację w czasie. Były to pierwowzory zegarów słonecznych. Gnomon nie jest dokładnym miernikiem czasu, a w starożytności był używany tylko dlatego, że nie dostrzegano jego błędnych wskazań. Rys. 3. Gnomon w starożytnym Rzymie [1, s 8]. Astronomowie, początkowo dzielili dobę na dwanaście odcinków czasu, dla podkreślenia dwunastu znaków zodiaku, czyli gwiazdozbiorów znajdujących się na niebie w pasie drogi Słońca wśród gwiazd. Wkrótce przyjęty został podział dokładniejszy, dzielący dobę na 24 części. Jedną taką cześć nazwano hora (w języku łacińskim godzina), od nazwy Horusa bożka słońca. Przez długi czas zachował się w Egipcie zwyczaj dzielenia dnia na 12 godzin i nocy na 12 godzin. Godziny nie były równe ponieważ długość dnia zmienia się w ciągu roku. Za twórców dzisiejszego podziału doby na równe 24 godziny uważa się Babilończyków. Od nich przejęli ten podział inni. Jednak babilońska rachuba czasu przyjęła się początkowo tylko w astronomii. W życiu codziennym liczono nadal czas według godzin egipskich. Rzymianie zmienili tylko porę rozpoczynania doby: zamiast od południa, zaczynali dobę od północy. W drugim tysiącleciu p.n.e. wynaleziono w Egipcie przenośny zegar słoneczny. Zegar ten składał się z dwóch listew w kształcie litery T. Na dłuższej listwie umieszczone są znaki sześciu godzin, a krótsza, znajdująca się nieco powyżej, stanowi wskazówkę. Do odczytania czasu należało tylko właściwie zegar ustawić. Pózniej Egipcjanie budowali ulepszone zegary słoneczne, które ustawiało się w kierunku południowym. Zegary tego typu wskazywały czas ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 11 długością cienia. Egipcjanie znali także zasadę budowy pionowych zegarów słonecznych. Zasadniczą modyfikację zegara słonecznego dokonali Babilończycy, umieszczając gnomon we wnętrzu półkuli (rys. 4). Odmianą takiego zegara było zastąpienie gnomona otworem wykonanym w półkuli. Rys. 4. Babiloński zegar słoneczny [1, s 10]. Przez otwór przez który padał promień słoneczny na tarczę i dawał wskazania. Ten sposób wyznaczania czasu spotykany był w niektórych kościołach średniowiecza modyfikacja dotyczyła tylko miejsca wykonania otworu w sklepieniu od strony południowej. Kolejną modyfikację zegara dokonali Arabowie, zastępując pionowy gnomon wskazówką biegunową czyli równoległa do osi Ziemi. Zastosowanie tej wskazówki zwanej polosem było dużym ulepszeniem zegara. Czas przestał być mierzony długością cienia, lecz kierunkiem cienia wskazówki, zmieniającym swe położenie tylko w zależności od pory dnia. Zbudowanie takiego zegara wymaga tylko wyznaczenia dla każdej godziny poszczególnych kątów wskazówki. Wiek XV i następne doprowadziły gnomonikę (naukę o zegarach słonecznych) do szczytu rozwoju. Jeszcze dzisiaj można zobaczyć zegary zbudowane w tamtym okresie najstarszy polski gnomon przechowywany jest w British Museum, pochodzi on z 1476 roku., jest to praca Mikołaja Wodki, zegar słoneczny zbudowany przez Mikołaja Kopernika można zobaczyć na zamku w Olsztynie. Jan Heweliusz budował zegary słoneczne w Gdańsku i w Wilanowie. Największe muzeum zegarów słonecznych w Europie znajduje się w Jędrzejowie. Istnieje wiele różnych zegarów słonecznych. Pod względem konstrukcji można je podzielić na stałe i przenośne (rys. 5 i 6). Stałe mogą być poziome i pionowe (rys. 7). Przenośne zegary zbudowane są tak, że mogą wskazywać czas w każdym miejscu kuli ziemskiej po odpowiednim nastawieniu wskazówki i podziałki godzinowej. Ciekawostką jest budowanie w XVII i XVIII w. kieszonkowych zegarów słonecznych. Rys. 5. Równikowy Rys. 6. Poziomy Rys. 7. Pionowy zegar słoneczny [1s, 12]. Zegar słoneczny [1, s 12]. zegar słoneczny [1, s 13]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 12 Używanie wody do pomiaru czasu jest praktycznie tak dawne jak cienia. Potrzeba mierzenia czasu w nocy lub pochmurne dni zmusiła człowieka do poszukiwania innej metody pomiaru. Najprostszy zegar wodny to naczynie z otworem napełnione wodą, która wycieka z naczynia przez otwór. Wysokość wody w naczyniu informowała o upływającym czasie. Jeden z najstarszych takich zegarów pochodzi z czasów faraona Amenhotepa (ok. 1400 r. p.n.e.), wykonany z alabastru z podziałką wewnątrz (rys. 8). Ponieważ w Egipcie obowiązywał podział na 12 to godzinny dzień i 12 to godzinną noc, dla każdego miesiąca potrzebna była inna podziałka. Podobne zegary, lecz o przeciwnym działaniu były używane na wyspach Pacyfiku. Puste naczynie z otworem wstawiane było do naczynia z wodą, poziom wypływającej z naczynia przez otwór wody określał czas. Kroniki chińskie podają, że zegar wodny był pomysłem cesarza Huang-Ti ok. 2700 r. p.n.e. Rozwój zegarów wodnych w Europie zaczyna się w połowie pierwszego tysiąclecia p.n.e. i ma ścisły związek z rozwojem mechaniki szczególnie kół zębatych. Kto pierwszy zastosował koła zębate nie udało się ustalić. Koła zębate są i dziś podstawą wielu mechanizmów zegarowych. Ulepszony zegar wodny wyposażony w koło zębate, zębatkę i pływak (rys. 9), stosowany był w Egipcie w III w. p.n.e. Woda wypływa małym otworem z górnego zbiornika do cylindrycznego naczynia. Przepływająca woda podnosi pływak wraz z zębatka, która napędza koło zębate obracające wskazówkę przesuwającą się po podziałce godzinowej w tym czasie zegary nie Rys. 8. Egipski zegar wodny [ 1, s 13]. Rys. 9. Grecki zegar wodny [1, s 14]. posiadały wskazówki minutowej. Grecy budowali małe zegary wodne klepsydry do mierzenia krótkich odstępów czasu. Zegary wodne wciąż ulepszano. Jeszcze w średniowieczu uważano bijący zegar wodny za cud świata. Wybijanie godzin odbywało się dzięki wodzie spadająca woda uruchamiała w określonym czasie mechanizm. Zegary wodne były używane w domach jeszcze do XVI w. Tradycyjnym symbolem czasu jest zegar piaskowy klepsydra podobnie jak klepsydra wodna służył do pomiaru krótkich odstępów czasu. Kto był jego twórcą nie udało się ustalić. Zbudowano go pózniej niż wodny dopiero po wynalezieniu szkła. Zegar piaskowy (rys. 10), składa się z dwóch naczyń szklanych, Rys. 10. Klepsydra piaskowa [1, s 15]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 13 najczęściej stożkowych, połączonych małym otworem. Przez otwór ten przesypuje się piasek z górnego naczynia do dolnego. Gdy piasek przesypie się klepsydrę należy odwrócić. Czas przesypywania się piasku zależy od wielkości otworu i ilości piasku (wielkości klepsydry). Klepsydra piaskowa to jedyny zegar starożytności używany do dziś np.: podczas gotowania jaj. W starożytnych Chinach używane były zegary ogniowe. Zegar taki stanowiła świeca z podziałka, pręt z palnej masy lub sznurek nasączony tłuszczem. Powolne spalanie tych przedmiotów dawało orientację o upływie czasu. Podobnie działały zegary oliwne. Obniżający się poziom spalanej oliwy wskazywał czas według podziałki na wskazniku. Omówione wcześniej zegary były mało dokładne i niewygodne w użyciu. Dążenie do wzrostu dokładności pomiaru i niezawodności wymusiło szukanie innych rozwiązań. Duże nadziej wiązano z wynalezionym zegarem mechanicznym. Najstarszy znany zegar jaki zachował się do naszych czasów pochodzi z XIV w. (rys. 11). Mechanizm zegara mechanicznego składa się z wielu kół zębatych. yródłem ich ruchu jest energia mechaniczna Rys. 11. Zegar mechaniczny z XIV w. [1, s 17]. zgromadzona w naciągniętej sprężynie lub energia potencjalna odważnika. Podstawowym warunkiem pomiaru czasu jest równomierne obracanie się kół mechanizmu. Część mechanizmu zapewniająca tą równomierność ruchu to regulator i wychwyt. Ten kto wymyślił to jest twórcą zegara mechanicznego. W literaturze znalezć można zapiski iż twórcą zegara mechanicznego był uczony chiński Liang Lingzan ( w VIII w.), a wg innych zródeł Gerbert z Aurillac, francuski astronom i matematyk (od 999 papież Sylwester II). W połowie XIV w. zegary mechaniczne znajdowały się w kilku miastach Włoch i Francji. Pierwsze zegary mechaniczne nie były dokładne i często musiały być regulowane według zegarów słonecznych. Sam mechanizm zegara składał sięz przekładni zębatej, koła wychwytowego o skośnych zębach oraz kolebnika o pionowej osi obrotu. Na tej osi znajdowały się dwie łopatki (palety), które w takt kolebania się regulatora zatrzymywały na przemian zęby koła wychwytowego. Zegary wtedy miały jeszcze tylko jedną wskazówkę godzinową. Mała dokładność wynikała z niedoskonałych pierwszych mechanizmów: wychwytu i regulatora. Wynalezienie ok. 1400 r. sprężyny napędowej umożliwiło budowanie zegarków noszonych. Pierwszy taki zegarek został wykonany przez P. Henleina, ślusarza z Norymbergii, w 1510 r. W zegarku tym kolebnik został zastąpiony prototypem regulatora balansowego. Nie było w nim jeszcze sprężyny spiralnej (włosa), lecz proste włosy szczecina. I chociaż włosy te zastąpiono spiralną sprężyną, nazwa włos pozostała. Większą dokładność chodu zegara uzyskano dopiero po zastosowaniu regulatora wahadłowego w XVII w. przez CH. Huygens a, on też zastosował balans ze sprężyną spiralną (włosem). Dokładność zegarów wzrosła, ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 14 co umożliwiło dodanie ok. 1690 r. wskazówki minutowej. Dokładność zegarów wzrastała dzięki stosowaniu coraz lepszych wychwytów. Przełom wieku XVII i XVIII to skonstruowany przez R. Hooke a wychwyt hakowy (cofający), stosowany w popularnych zegarach wahadłowych do dziś oraz skonstruowany przez G. Graham a wychwyt spoczynkowy, stosowany w precyzyjnych zegarach wahadłowych. Dalsze udoskonalenia dotyczyły zegarków noszonych: wprowadzony w 1695 r. wychwyt cylindrowy (spoczynkowy), oraz w 1825 r. wychwyt kotwicowy zwany szwajcarskim. W 1748 r. P.le Roy opracował wychwyt chronometrowy, który po poprawkach i ulepszeniach jest stosowany w chronometrach okrętowych. Od 1704 r. zaczęto stosować w zegarkach łożyska z kamieni szlachetnych przeważnie z rubinu (krystaliczna odmiana trójtlenku glinu (chem. AL2O3), zwane ogólnie kamieniami . Dzięki takim łożyskom, twardszym od stali, trwałość i dokładność chodu zegarków wzrosła. Poprawił się też wygląd mechanizmu. Przy uzyskanej wtedy dokładności chodu zegarów zauważono, że nawet dobrze skonstruowane zegary, zmieniają swoją dokładność w zależności od temperatury wcześniej zmiany temperaturowe były niezauważalne ze względu na niewielką dokładność chodu. Aby usunąć te zmiany wprowadzone zostały mechanizmy kompensujące. Były to wahadła kompensacyjne dla zegarów wahadłowych lub balanse kompensacyjne dla zegarków noszonych. Współczesne mechanizmy kompensujące dla balansów nie są konieczne, gdyż współczesne materiały stosowane do produkcji sprężyn włosowych nie zmieniają właściwości sprężystych pod wpływem zmian temperatury a i wpływ temperatury na zmiany ich długości materiałów też jest pomijalny. W 1923 r. wprowadzono samoczynny naciąg zegarków noszonych. W tym okresie pojawiło się też sprężyste ułożyskowanie balansów w celu ochrony czopów przed złamaniem podczas silnych wstrząsów. Pojawiło się również szereg dodatków np.: datowniki. Pierwszą próbę zastosowania elektryczności do napędu zegara podjął J. Ferguson w 1775 r. jednak ze względu na brak właściwego zródła prądu próba się nie udała. W połowie XIX w. A. Wheatstone i A. Bain dokonali próby przekazania wskazań zegara na odległość. Dało to początek budowania tzw. sieci czasu, która składa się z jednego zegara pierwotnego i dowolnej liczby zegarów wtórnych. Dużą zaletą sieci jest fakt że wszystkie zegary wskazują czas jednakowy, zgodny ze wskazaniem zegara pierwotnego (matki). Sieci zegarowe mają i dziś duże zastosowanie: na dworcach kolejowych, lotniskach, fabrykach itp. A. Bain skonstruował elektryczny zegar wahadłowy bez napędu mechanicznego i bez przekładni zębatej. Wahadło sterowane było elektromagnesem, jednak ze względu na niedokładne impulsy sterujące zegar był niedokładny. Podobny zegar skonstruował w 1860 r. M. Hipp, wahadło otrzymywało impulsu od elektromagnesu tylko wtedy gdy jego amplituda zmniejszyła się do określonego poziomu. W 1924 r. dokładniejszy zegar elektryczny z wahadłem, skonstruował W. H. Shortt. Zegar ten składał się z dwóch zegarów połączonych przewodami i współpracujących ze sobą. Ta mikrosieć synchronizuje się co pół minuty. Zegary tego typu odznaczają się dużą dokładnością chodu i stosowane do dziś. W 1918 r. H. E. Warren skonstruował zegar synchroniczny zegar zamiast mechanizmu miał wmontowany silnik synchroniczny dokładność obrotów takiego silnika zależy tylko od dokładności częstotliwości energetycznej sieci zasilającej. Jeżeli częstotliwość sieci jest stała zegar pracuje prawidłowo. Zegary elektryczne znane są od ponad 100 lat, ale dopiero po zastosowaniu elementów elektronicznych nastąpił ich szybki rozwój. Powstała nowa grupa zegarów i zegarków elektronicznych. Nowoczesne zegarki elektroniczne z regulatorem kamertonowym odznaczają się dokładnością chodu, o uchybieniu rzędu 0,1 s na dobę. Ostatnim osiągnięciem techniki są zegary i zegarki kwarcowe. yródłem częstotliwości (a raczej okresu) jest generator kwarcowy. Napęd wskazówek zapewnia silnik krokowy. Częstotliwość pracy oscylatora może dochodzić do kilku MHz. Najczęściej w przeciętnych zegarach i zegarkach częstotliwość drgań wynosi 32, 768 kHz. Po wielokrotnym podziale uzyskiwany jest sygnał ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 15 1 Hz, służący do sterowania silnika obracającego wskazówki. Dokładność takich zegarów jest wysoka, uchybienie chodu zegara kwarcowego przeciętnego wynosi 0,01 0,1 s na dobę, zegara ze stabilizatorem cieplnym 0,001 s na dobę. Zegary kwarcowe są wrażliwe na zmiany temperatury, jednak wysoka częstotliwość pracy oscylatora i jej błąd wynikający ze zmian temperatury ulegają zmniejszeniu w wyniku podziału częstotliwości (błędy maleją w taki sam sposób) do 1 Hz. W celu zmniejszenia zużycia energii szczególnie podczas zasilania zegara z baterii, zamiast wskazników analogowych (wskazówki) zastosowane zostały wyświetlacze ciekłokrystaliczne (ang. Liquid Cristals Display). Wyświetlacze wykorzystujące półprzewodnikowe diody świecące (ang. Light Emitting Diodes ) stosowany jest w zasadzie w zegarach zasilanych z sieci energetycznej diody pobierają większy prąd. Zegary i zegarki elektroniczne umożliwiły w prosty sposób (dzięki elektronice) realizację dodatkowych funkcji takich jak: stoper, kalkulator czy kalendarz wbudowane w strukturę zegara lub zegarka stało się to możliwe dzięki zastosowanie układów scalonych. W 1949 r. w USA zbudowano zegar atomowy. Teoretycznie jest on milion razy dokładniejszy od zegara kwarcowego, w praktyce uchybienie chodu tego zegara wynosi 0,000001 s na dobę. Daje to orientacyjnie uchybienie chodu rzędu 1s na 3000 lat. Zainstalowany w 1977 r. w Braunschweigu (Niemcy) zespół zegarów atomowych służący do nadawania impulsów radiowych dokładnego czasu, wykaże uchybienie chodu 1s po 300 000 lat (zakładane uchybienie dokładności chodu). Zastosowanie nowoczesnych technologii i materiałów, nowoczesnego sposobu myślenia i postępu nauki zaowocowało tym, że dokładność zegarów współczesnych przewyższyła nawet dokładność ruchu Ziemi (rys. 12). Rys. 12. Porównanie dokładności zegarów z różnych epok [1, s 24]. Do celów dokładnego wyznaczania i przekazywania czasu zorganizowana została sieć obserwatoriów astronomicznych i laboratoriów pomiaru czasu i urządzeń nadawczych. Ta sieć to tzw. służba czasu. Zadaniem instytucji wchodzących w skład służby czasu jest: wyznaczanie czasu na podstawie obserwacji astronomicznych, porównywanie wskazań zegarów wzorcowych z wynikami obserwacji oraz nadawanie i kontrola radiowych sygnałów czasu. Rozróżnia się sygnały czasu do celów naukowych oraz sygnały popularne nadawane przez rozgłośnie radiowe i telewizyjne. Większość rozgłośni przyjęła taki układ sygnału, że początek ostatniego z sześciu sygnałów w odstępach sekundowych oznacza pełną godzinę. Radiowe sygnały czasu nadawane są z dokładnością do setnych części sekundy. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 16 4.1.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czym jest czas? 2. W jaki sposób określa się upływ czasu? 3. Jakie znasz rodzaje zegarów? 4. Jakie znasz jednostki czasu? 5. Po co powstała służba czasu? 4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Na podstawie kalendarza określ, wybranego wycinku czasu (np.: długość najdłuższego i najkrótszego dnia w roku, dowolnego miesiąca itp.). Porównaj uzyskane wyniki. Uzyskane rozbieżności uzasadnij. Załóż, że zakład zegarmistrzowski posiada dostęp do niezbędne informacji i materiałów. Tabela 1 Lp. Analizowany wycinek czasu Ilość godzin Ilość minut Ilość sekund 1. 23 września 2. 22 grudnia 3. miesiąc luty 4. II kwartał 5. rok 1658 6. 38 - my tydzień 1957 7. ............ 8. ............ Sposób wykonania ćwiczenie Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 2) scharakteryzować zadany, do analizy wycinek czasu, 3) pozyskać, z różnych zródeł, niezbędne informacje (np.: godzinę wschodu Słońca, Księżyca), 4) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 5) wypełnić tabelę (dopuszczalna jest inna forma wykonania zadania np.: wykres), 6) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 7) dokonać samooceny, 8) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, poradnik astronoma (lub tożsamy), stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, detale ćwiczeniowe, modele (np.: globus, model układu słonecznego) z dokumentacją, inne stosownie do potrzeb. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 17 Ćwiczenie 2 Zbuduj, prosty równikowy zegar słoneczny (rys. do ćwiczenia 2). Zegar powinien zapewnić możliwość zadania nastaw korekcyjnych w zależności od miejsca pomiaru czasu. Zegar może zostać uzupełniony o pomocniczy mechanizm ułatwiający jego orientację w przestrzeni (np.: kompas). Załóż że zakład zegarmistrzowski posiada niezbędne wyposażenie i środki. W przypadku braku rzeczywistych możliwości technologicznych, możliwa jest modyfikacja ćwiczenia polegająca na wykonaniu projektu zegara. Rys. do ćwiczenia 2. Sposób wykonania ćwiczenie Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 2) przeanalizować działanie zegara słonecznego, 3) określić wszystkie niezbędne koordynaty dla wybranego (zadanego) miejsca na Ziemi, 4) wykonać projekt podstawowych elementów zegara (wskazówki i tarczy), 5) wykonać podstawowe elementy zegara, 6) zmontować, na podłożu (można wykorzystać jako podstawę z dowolny posiadany materiał o odpowiednich wymiarach np.: drewno, metal, tworzywo sztuczne), 7) ocenić prawidłowość i estetykę montażu zegara, 8) dokonać samooceny, 9) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko obróbcze, poradnik ucznia, poradnik mechanika, stanowisko do montażu elementów, przyrządy i pomoce kreślarskie (pisak, ołówek, cyrkiel, gumka), przyrządy pomiarowe (kątomierz, suwmiarka, lupa ), detale ćwiczeniowe (modele zegarów słonecznych) wraz z dokumentacją lub ich opis. Ćwiczenie 3 Dokonaj pomiaru zadanego wycinka czasu, wykorzystując wykonany wcześniej (rys. do ćwiczenia 3) lub oryginalny posiadany równikowy zegar słoneczny. Przed pomiarem dokonaj zadania nastaw korekcyjnych właściwych dla miejsca dokonywania pomiaru czasu. Załóż że zakład zegarmistrzowski posiada niezbędne materiały pomocnicze i środki. W przypadku braku fizycznego zegara równikowego możliwe jest dokonanie pomiaru z wykorzystaniem innego zegara słonecznego lub pomiar teoretyczny polegająca na wykonaniu procedury pomiaru czasu z zastosowaniem równikowego zegara słonecznego. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 18 Rys. do ćwiczenia 3. Tabela 2 pomiar zegarem pomiar zegarem Różnica Lp. Analizowany wycinek czasu słonecznym wzorcowym czasu 1. 15 minut 2. 1 godzina 3. 3 godziny 4. ............ Sposób wykonania ćwiczenie Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 2) przeanalizować działanie zegara słonecznego, 3) określić wszystkie niezbędne koordynaty dla wybranego (zadanego) miejsca na Ziemi, 4) zadać, wszystkie niezbędne koordynaty dla wybranego (zadanego) miejsca na Ziemi, 5) określić, mierzony wycinek czasu, 6) dokonać pomiaru określonego (zadanego) wycinku czasu, 7) skontrolować (spodziewaną) zgodność uzyskanych wyników z dokumentacją, 8) określić, wielkość błędu pomiaru, 9) wyjaśnić (lub wyjaśnić potencjalne) przyczyny niedokładności pomiaru, 10) ocenić jakość wykonania zadania, 11) dokonać samooceny, 12) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko badawcze z dostępem do światła słonecznego, poradnik ucznia, poradnik astronoma (lub tożsamy), stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie), przyrządy pomiarowe (zegar wzorcowy, kątomierz, suwmiarka, lupa), detale ćwiczeniowe, modele (np.: globus, model układu słonecznego) z dokumentacją, inne według potrzeb. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować istotę czasu 2) scharakteryzować historyczne zegary i czasomierze 3) scharakteryzować historyczne metody pomiaru czasu 4) scharakteryzować współczesne metody pomiaru czasu ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 19 4.2. Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich 4.2.1. Materiał nauczania W celu ułatwienia identyfikacji czasowej elementów, podzespołów czy też całych mechanizmów zegarowych w pracy zostało zamieszczone krótkie kalendarium historycznego rozwoju zegarów od konstrukcji bardzo historycznych do praktycznie współczesnych osiągnięć techniki zegarowej, mechaniki precyzyjnej czy elektroniki. Niektóre daty z historii rozwoju techniki zegarowej (8) : ok.2500 p.n.e. w Chinach były znane zegary słoneczne i wodne, ok.1500 p.n.e. Thutmosis III ustawia w Heliopolis tzw. iglice Kleopatry, które służyły do wyznaczenia pór dnia; posiadał on także słoneczny zegar podróżny, ok.1400 p.n.e. w Egipcie były znane zegary wodne, ok. 630 p.n.e. w Asyrii budowano publiczne zegary wodne, ok. 380 p.n.e. Platon zbudował zegar wodny z budzikiem, ok. 250 p.n.e. Ktesibios buduje b. dokładne zegary wodne ruchomymi figurami, ok. 50 p.n.e. w Rzymie ustawiono pochodzące z Grecji obeliski jako zegary słoneczne, 724 r. w Chinach zbudowano zegar mechaniczny z napędem wodnym, ok. 820 r. w Fuldzie istniał najstarszy niemiecki zegar słoneczny, ok. 1000 r. Gerbert z Aurillac (pózniejszy papież Sylwester II) zbudował w Magdeburgu pierwszy w Europie zegar mechaniczny, ok.1300 r. najstarsza znana wzmianka o zegarze mechanicznym w "Boskiej Komedii" Dantego, 1335 r. pierwszy zegar wieżowy w Mediolanie, 1344 r. zegar wieżowy w Padwie, 1348 r. zegar wieżowy w Londynie, 1354 r. zegar wieżowy w Strassburgu, 1368 r. zegar wieżowy na wieży ratusza we Wrocławiu, 1370 r. zegar wieżowy w Paryżu, 1404 r. zegar wieżowy na Kremlu w Moskwie, ok. 1414 r. zegar wieżowy na katedrze w Gnieznie (nieco pózniej także w Gdańsku, Krakowie i Warszawie), 1425 r. zbudowano udoskonalony zegar słoneczny (ze wskazówką równoległą do osi Ziemi), ok. 1450 r. wynaleziono zegar z napędem sprężynowym, 1470 r. Hans Dringer ukończył budowę zegara astronomicznego w kościele Mariackim w Gdańsku, 1490 r. zbudowano słynny "Orloj" na wieży ratuszowej w Pradze, 1510 r. P. Henlein (l479 1542) zbudował w Niemczech pierwszy zegarek kieszonkowy, 1518 r. J. Couldray zbudował pierwszy zegarek kieszonkowy we Francji, 1583 r. Galileo Galilei (1564 1642) w Pizie odkrył prawa ruchu wahadła, ok. 1600 r. pierwsze zegary z mechanizmami grającymi, 1622 r. uruchomiono zegar na wieży Zamku Królewskiego w Warszawie, 1649 r. Vincezo Galilei zbudował zegar wahadłowy według szkiców wykonanych przez jego ojca Galileo,, 1657 r. Ch. Huygens (1629 1695) zbudował pierwszy zegar wahadłowy, ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 20 1664 r. A. Kochański (1631 1700) napisał rozdział o zegarmistrzostwie w dziele K. Schotta "Technica Curiosa" (Kochański zaproponował także szereg ulepszeń w mechanizmach zegarowych), 1675 r. Ch. Huygens wynalazł regulator balansowy ze sprężyną zwrotną, ok. 1676 r. pojawiły się zegarki repetiery wybijające godziny i kwadranse, 1676 r. R. Hooke (1635 1703) wynalazł wychwyt hakowy do zegarów wahadłowych, 1695 r. T. Tompion (1638 1713) wynalazł wychwyt cylindrowy (ulepszony w 1715 r. przez G. Grahama), ok. 1690 r. zastosowano wskazówkę minutową, 1704 r. N. Fatio (1664 1741) zastosował pierwsze "kamienie zegarkowe", 1715 r. G. Graham (1673 1751) skonstruował kotwicowy wychwyt spoczynkowy (pózniej nazwany jego imieniem), 1722 r. J. Hautefeuilles (1647 1724) zastosował wychwyt kotwicowy do balansu, 1726 r. J. Harrison (1693 1776) wynalazł wahadło z kompensacją temperaturową, ok. 1730 r. pierwszy zegar z kukułką, 1748 r. P. Le Roy (1717 1785) wynalazł wychwyt chronometrowy, 1755 r. T. Mudge (1715 1794) ulepszył swobodny wychwyt kotwicowy, 1756 r. zbudowano zegarek kieszonkowy z naciągiem automatycznym, 1759 r. J. Harrison ulepszył wychwyt chronometrowy, 1761 r. M. Hahn (1739 1781) zbudował zegar astronomiczny wskazujący m.in. ruchy planet i ich satelitów, 1761 r. J. Harrison skonstruował zegar nadający się do żeglugi morskiej, 1811 r. w Poznaniu ukazała się pierwsza w języku polskim mała książeczka o zegarkach autorstwa A. Masłowskiego (1767 1828), 1824 r. w Genewie powstała pierwsza szkoła zegarmistrzowska, 1825 r. G. A. Leschot ulepszył wychwyt kotwicowy swobodny i zastosował go w obecnej postaci (jest to tzw. wychwyt kotwicowy szwajcarski), 1839 r. Polacy A. Patek i F. Czapek założyli w Genewie pierwszą fabrykę zegarków, 1842 r. ukazały się pierwsze zegarki nakręcane koronką zamiast oddzielnym kluczykiem, 1843 r. zbudowano pierwszy sekundomierz (stoper), 1844 r. w wychwycie Grahama zastosowano wymienne palety, 1845 r. F.A. Lange (1815 1875) założył fabrykę zegarków w Glashtte k. Drezna, 1848 r. A. Louis Brandt założył w Biel (Szwajcaria) fabrykę zegarków, która od 1894 r. przyjęła nazwę "Omega", 1850 r. uruchomiono produkcję zegarów w fabryce założonej przez Gustawa Beckera (1819 1885) w Świebodzicach (d. nazwa Freiburg); do 1875 r. fabryka wyprodukowała 100 tys., a do 1892 r. 1 milion zegarów, ok.1850 r. A.L. Breguet (1747 1823) zastosował sprężynę balansową z tzw. krzywą końcową, 1856 r. F. Breguet (1804 1883) skonstruował zegar mechaniczny z naciągiem elektrycznym, 1860 r. w Lipsku wydano pierwszy podręcznik dla zegarmistrzów w języku polskim, napisany przez F. Czapka, 1860 r. uruchomiono masową produkcję zegarów w fabryce Junghans", 1864 r. M. Hipp (1813 1893) skonstruował zegar wahadłowy z napędem elektrycznym, 1868 r. w Schaffhausen powstała fabryka zegarków IWC , ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 21 1886 r. w Warszawie firma F. Woronieckiego ustawiła pierwszy publiczny zegar elektryczny, 1891 r. w Warszawie powstała fabryka budzików "GF", 1901 r. M. Mięsowicz (1861 1938) założył "Pierwszą Krajową Fabrykę Zegarów Wieżowych" w Krośnie, 1905 r. w USA po raz pierwszy nadano radiowy sygnał czasu, 1911 r. w Paryżu rozpoczęto nadawanie radiowych sygnałów czasu z nadajnika zainstalowanego na wieży Eifla, 1918 r. W.H. Eccles skonstruował generator z rezonatorem kamertonowym, 1919 r. wyprodukowano pierwsze zegarki naręczne, 1923 r. opatentowano zegarek naręczny z naciągiem automatycznym, 1924 r. zbudowano zegar astronomiczny o dwóch wahadłach system Shorta, 1929 r. W. A. Marrison zgłosił patent na generator (zegar) kwarcowy, 1934 r. odkrycie nieregularności w ruchu wirowym Ziemi (przy wykorzystaniu zegara kwarcowego), 1947 r. w Aódzkiej Fabryce Zegarów uruchomiono produkcję budzików, 1948 r. ukazały się pierwsze dwa tomy z serii "Zegarmistrzostwo" autorstwa braci W. Podwapińskiego (1903 1983) i B. Bartnika (1918 2002) z Niepokalanowa, 1949 r. zbudowano tzw. zegar atomowy (z generatorem cezowym), 1951 r. W Toruńskiej Fabryce Wodomierzy uruchomiono produkcję zegarów domowych (pózniejsza nazwa: METRON), 1952 r. we Francji i w USA rozpoczęto seryjną produkcję zegarków naręcznych z elektrycznym napędem balansu (ze sterowaniem stykowym), 1956 r. przyjęto definicję jednostki czasu sekundy jako części roku zwrotnikowego (tzw. czas efemerydalny), 1957 r. w USA i Szwajcarii rozpoczęto produkcję zegarków naręcznych z regulatorem kamertonowym (produkowano je do 1964 r.), 1958 r. w Japonii, USA i Szwajcarii wyprodukowano pierwsze zegarki naręczne z rezonatorem kwarcowym, 1959 r. w Błoniu k. Warszawy uruchomiono produkcję zegarków naręcznych (mechanicznych) na licencji radzieckiej; produkcję te przerwano w 1969 r. 1964 r. rozpoczęto seryjną produkcję zegarków naręcznych z rezonatorem kwarcowym (od 1969 r. z układami scalonymi), 1967 r. przyjęto definicję jednostki czasu sekundy opartą na wzorcu cezowym (tzw. czas atomowy), 1973 r. uruchomiono produkcję zegarków kwarcowych z ciekłokrystalicznym urządzeniem wskazującym, 1974 r. uruchomiono nowy zegar na wieży odbudowanego Zamku Królewskiego w Warszawie, 1978 r. firma "Omega" rozpoczęła produkcję kwarcowych chronometrów okrętowych 1979 r. w Aódzkiej Fabryce Zegarów uruchomiono produkcję zegarów samochodowych z rezonatorem kwarcowym, 1981 r. szwajcarska firma ETA rozpoczęła produkcję tanich zegarków kwarcowych o nazwie "Swatch", 1984 r. w Toruńskiej Fabryce Wodomierzy i Zegarów uruchomiono produkcję zegarów domowych z rezonatorem kwarcowym, 1997 r. ukończono odbudowę zabytkowego zegara astronomicznego w kościele Mariackim w Gdańsku, ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 22 Ogólny rozwój techniki w XIX w. i powstanie wielkiego przemysłu znalazło także odbicie w produkcji zegarów. Powstały fabryki produkujące zegary seryjnie, co pozwoliło na obniżkę ich ceny i poprawę jakości. Ustaliła się także pewna specjalizacja: jedne zakłady produkowały zegary domowe, inna zegarki noszone a jeszcze inna precyzyjne. Pierwsza fabryka zegarków powstała w Genewie w 1804 r. Od początku prym w produkcji zegarków wiodła Szwajcaria i prymat ten nadal utrzymuje. Do czołówki światowej należy ponadto Japonia. Do większych producentów zaliczyć można również USA i do niedawna Rosję (ZSRR). Długa tradycja Szwajcarska i brak tradycji w Japonii znalazły swoje odbicie w strukturze produkowanych wyrobów. Szwajcarskie wyroby to głównie wyroby tradycyjne mechaniczne, charakteryzujące się dopracowanym do perfekcji mechanizmem zegarowym, wysoką jakością wykonania i wysoką estetyką. Zegary Japońskie charakteryzują się nowoczesną technologią elektroniczną i jej zastosowaniem w wyrobach zegarmistrzowskich. Japońskie zegarki to przede wszystkim zegarki kwarcowe. Ciekawą rzeczą jest to że oba kraje zaczęły rozwijać wspólny obszar produkcji uzupełniając rynek usług zegarmistrzowskich. Procentowy udział produkcji wyrobów kwarcowych w Szwajcarii to ok. 15 20%, a Japonii 60 70%. Duże zapotrzebowanie na wyroby zegarmistrzowskie wysokiej jakości, oraz na wyspecjalizowane wyroby umożliwiło powstanie wielu firm produkujących wyroby zegarmistrzowskie. By przyciągnąć klienta do własnych wyrobów firmy zaczęły od początku oznaczać własnymi symbolami produkowane przez siebie wyroby. Znaki te zmieniały się na skutek zmian zachodzących w firmach a po ugruntowaniu swojej pozycji przez firmę najczęściej pozostawały niezmienione. Zdarzały się też przypadki że nazwa lub symbol firmy ma niewiele lub nie ma nic wspólnego z obecnym właścicielem, ale ze względu na tradycję lub wyrobioną wcześniej markę kolejny właściciel nie zmienił nazwy lub znaku. Firmy zegarmistrzowskie i ich znaki firmowe: PATEK-PHILIPPE W dniu 1 maja 1839 roku w Genewie Antoni Patek wraz z innym polskim emigrantem, warszawskim zegarmistrzem Franciszkiem Czapkiem z pochodzenia Czechem, utworzyli manufakturę wytwarzającą zegarki. Wobec dużej konkurencji na rynku, w początkowym okresie swego istnienia firma produkowała zegarki na zamówienia głównie od polskich emigrantów, a także od patriotów w kraju. Były to przede wszystkim zegarki kieszonkowe, których koperty były ozdabiane miniaturami i napisami o treściach patriotycznych i religijnych. W 1845 roku Patek i Czapek rozstali się. Miejsce Czapka w spółce zajął trzydziestoletni Francuz, Adrien Philippe, wynalazca mechanizmu naciągowego z koronką zamiast dotychczas stosowanego kluczyka. Powstała wówczas nowa spółka, pod nazwą "Patek i Spółka", przekształcona z dniem 1 stycznia 1851 r. w istniejącą do dziś firmę o nazwie PATEK-PHILIPPE. Firma ta rozpoczęła seryjną produkcję zegarków kieszonkowych, a pózniej także naręcznych. Obaj wspólnicy, uznając perfekcję za swój ideał, postanowili produkować najlepsze zegarki na świecie. I tak jest do dziś. Rys. 13. Znak firmy Patek Philippe [8]. Spośród zastosowanych przez firmę nowatorskich rozwiązań technicznych najważniejszymi były: naciąg za pomocą koronki (1841 r.) i niezależny sekundnik (1846 r.), a także rozpoczęcie produkcji zegarków naręcznych, które obecnie zdominowały wszystkie inne rodzaje zegarków. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 23 Rys. 14. Przykładowy wyrób firmy Patek Philippe [8]. Po śmierci Antoniego Patka firma kilkakrotnie zmieniała właścicieli. Od kilkudziesięciu lat jest ona w posiadaniu rodziny Sternów, zachowała jednak znak i dawną nazwę. TAG HEUER Założona w 1860 roku w miejscowości Saint Imier przez Edouarda Heuera, firma TAG Heuer produkuje zegarki i chronografy, odznaczające się dużą precyzją i estetyką wykonania. W śród wielu wyrobów firmy stosowane są wprowadzone przez konstruktorów firmy własne Rys. 15. Znak firmy Tag Heuer [8]. pomysły i patenty. Do rozwiązań technicznych wprowadzonych przez firmę wymienić należy: pierwszy chroniony patentem mechanizm chronografu (1882 r.), specjalny zębnik (1887), chronograf (1916 r.) stoper, mierzący czas z dokładnością 1/100 s oraz Microtimer (1966r.) mechanizm mierzący czas z dokładnością do 1/1000s. Firma aktywnie uczestniczy w różnych imprezach sportowych, w wielu prestiżowych ma status oficjalnego dostawcy urządzeń pomiarowych. Rys. 16. Przykładowy wyrób firmy Tag Heuer [8]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 24 OMEGA W 1848 roku A. Louis Brandt założył w miejscowości Biel w Szwajcarii fabrykę zegarów. W 1894 r. fabryka przyjęła nazwę Omega . Omega produkuje zegarki i chronometry, głównie mechaniczne o różnym przeznaczeniu i specyfikacji, Rys. 17. Znak firmy Omega [8]. wszystkie cechuje wysoka precyzja wykonania i trwałość. Jako jedna z pierwszych wykonała zegarek z odczytem cyfrowym (GURZELEN PATENT 19'' w 1885 r.). Rys. 18. Przykładowy wyrób firmy Omega [8]. TISSOT W 1853 roku Charles F. Tissot wraz synem założył, w miejscowości Le Locle w Szwajcarii, firmę zegarmistrzowską. Jest to jedyna firma mająca w swoim symbolu flagę szwajcarską. Swą produkcję rozpoczęła od zegarków kieszonkowych. Pózniej do produkcji Rys. 19. Znak firmy Tissot [8]. wprowadziła zegarki naręczne. W 1930 r. zaprezentowała zegarek antymagnetyczny. W 1985 r. Wykonała kamienny zegarek z mechanizmem osadzonym w alpejskim granicie. Firma produkuje zegarki o różnym przeznaczeniu, zarówno mechaniczne jak i elektroniczne. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 25 Rys. 20. Przykładowy wyrób firmy Tissot [8]. ROLEX W 1905 r. została założona przez H. Wilsdorfa i A. Davisa, firma Wilsdorf & Davis produkująca zegarki. W roku 1908 H. Wilsdorf zarejestrował w La Chaux de Fonds znak handlowy Rolex . Od 1912 r. siedziba firmy mieści się w Genewie. Oficjalnie firma pod swą obecną nazwą została zarejestrowana w 15 XI 1915 r. Rys. 21. Znak firmy Rolex [8]. Podczas swojej działalności firma wprowadziła wiele ciekawych i nowoczesnych w swoim czasie rozwiązań, wytyczając nowe kierunki rozwoju: obudowę wodoodporną, zegarek z datownikiem, zegarek dla różnych stref czasowych i inne. Rys. 22. Przykładowy wyrób firmy Rolex [8]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 26 ZENITH W 1865 r została założona. przez Georges Favre Jacot w Le Locle fabryka zegarków. Podstawową filozofią firmy było od początku jakość, perfekcja i precyzja . Ciągle dążenie do tego celu odnalezć można w każdym wyrobie firmy. Rys. 23. Znak firmy Zenith [8]. Przykładowy wyrób firmy Zenith szczególnie dobrze widoczna precyzja mechanizmu w odsłoniętym oknie tarczy zegarowej. Rys. 24. Przykładowy wyrób firmy Zenith [8]. Przykładowe wyroby innych firm zegarmistrzowskich Rys. 25. Przykładowe wyroby innych firm zegarmistrzowskich [8]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 27 Rys. 26. Przykładowe wyroby innych firm zegarmistrzowskich [8]. Rys. 27. Przykładowe wyroby innych firm zegarmistrzowskich [8]. Znaki szwajcarskich firm zegarmistrzowskich Zamierzeniem autora nie jest reklamowanie konkretnej lub konkretnych firm zegarmistrzowskich. Zamieszczone poniżej znaki firm mają pomoc uczniowi (słuchaczowi) w identyfikowaniu wyrobów zegarmistrzowskich dostępnych na rynku pierwotnym i wtórnym. W pracy, zamierzeniem autora było zamieszczenie znaków wszystkich szwajcarskich firm zegarmistrzowskich, jeżeli któraś z firm została pominięta to jest to spowodowane wyłącznie trudnością z dostępem autora do pominiętej firmy. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 28 Rys. 28. Znaki szwajcarskich firm zegarmistrzowskich [8]. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 29 Rys. 29. Znaki szwajcarskich firm zegarmistrzowskich [8]. 4.2.2. Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Czy potrafisz umiejscowić w czasie najważniejsze udoskonalenia zegara lub zegarka? 2. Czy potrafisz określić na podstawie zastosowanych rozwiązań czas powstania określonego mechanizmu zegarowego? 3. Dlaczego zostały wprowadzone znaki firmowe? 4. Czy potrafisz opisać kilka znanych Ci znaków firm zegarmistrzowskich? 5. Czy potrafisz na podstawie znaku rozpoznać producenta mechanizmu zegarowego? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1 W przedstawionym na rysunku (rys. do ćwiczenia 1) mechanizmie zegarowym, zastosowano wychwyt Grahama z krótką kotwicą i wysuwanymi paletami. Na podstawie zastosowanego rozwiązania określ czas powstania mechanizmu. a) b) Rys. do ćwiczenia 1: a) symboliczny widok mechanizmu, b) wychwyt Grahama. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 30 Tabela 3 UWAGI Zastosowane Czas powstania Lp. Analizowany mechanizm rozwiązanie 1. Mechanizm zegarowy wychwyt ..... ..... 2. Mechanizm ...... regulator ..... ..... 3. .......... ........ 4. .......... 5. .......... wskazówka minutowa 6. .......... Czas powstania mechanizmu ok. 1725 r. --- Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować analizowany fragment mechanizmu zegarowego, 2) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 3) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 4) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 5) wypełnić tabelę (dopuszczalna jest inna forma wykonania zadania np.: opis), 6) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 7) dokonać samooceny, 8) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura z wykazu literatury, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). Ćwiczenie 2 W przedstawionym na rysunku (rys. do ćwiczenia 2) mechanizmie zegarowym, zastosowano regulator balansowy z bregetowską sprężyną włosową. Na podstawie zastosowanego rozwiązania określ czas powstania mechanizmu. a) b) Rys. do ćwiczenia 2: a) symboliczny widok mechanizmu, b) regulator balansowy. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 31 Tabela 4 UWAGI Zastosowane Czas powstania Lp. Analizowany mechanizm rozwiązanie 1. Mechanizm zegarowy wychwyt ..... ..... 2. Mechanizm ...... regulator ..... ..... 3. .......... ........ 4. .......... 5. .......... Czas powstania mechanizmu ok. 1825 r. --- Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować analizowany fragment mechanizmu zegarowego, 2) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 3) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 4) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 5) wypełnić tabelę (dopuszczalna jest inna forma wykonania zadania np.: opis), 6) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 7) dokonać samooceny, 8) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). Ćwiczenie 3 Do punktu naprawy, trafił zegarek kieszonkowy (rys. do ćwiczenia 3). Cechą charakterystyczną tego zegarka był brak wskazówek. Zamiast wskazówek, informację o czasie pokazywały liczby. Na podstawie zastosowanego rozwiązania określ markę mechanizmu. Rys. do ćwiczenia 3. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 32 Tabela 5 Zastosowane Stosowany Czas powstania Lp. Analizowany mechanizm rozwiązanie przez 1. Mechanizm zegarowy wychwyt ..... ..... 2. Mechanizm ...... regulator ..... ..... 3. .......... Czas powstania mechanizmu ok. 1825 r. --- Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować analizowany mechanizm zegarowy, 2) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 3) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 4) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 5) wypełnić tabelę (dopuszczalna jest inna forma wykonania zadania np.: opis), 6) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 7) dokonać samooceny, 8) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). Ćwiczenie 4 Do punktu naprawy, trafił zegarek (rys. do ćwiczenia 4). Cechą charakterystyczną tego zegarka był wytłoczony na tylnej pokrywie żaglowiec. Na podstawie symbolu i zastosowanego rozwiązania spróbuj określić markę mechanizmu. Rys. do ćwiczenia 4. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 33 Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować znak analizowanego mechanizmu, 2) scharakteryzować, w przypadku koniecznym, mechanizm zegarowy, 3) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 4) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 5) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 6) przypisać znak na kopercie właściwej firmie zegarmistrzowskiej, 7) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 8) dokonać samooceny, 9) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). Ćwiczenie 5 Do zakładu zegarmistrzowskiego, trafił zegarek (rys. do ćwiczenia 5). Zegarek jest konstrukcją współczesną. Na podstawie poradnika określ markę mechanizmu. Rys. do ćwiczenia 5. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować fragment znaku analizowanego mechanizmu, 2) scharakteryzować, w przypadku koniecznym, mechanizm zegarowy, 3) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 4) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 5) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 34 6) przypisać znak na szkielecie zegarka właściwej firmie zegarmistrzowskiej, 7) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 8) dokonać samooceny, 9) zaprezentować wykonanie zadania. Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). Ćwiczenie 6 Do zakładu zegarmistrzowskiego, trafił zegarek (rys. do ćwiczenia 6). Zegarek jest konstrukcją współczesną. Na podstawie poradnika określ markę mechanizmu. Rys. do ćwiczenia 6. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) scharakteryzować fragment znaku analizowanego mechanizmu, 2) scharakteryzować, w przypadku koniecznym, mechanizm zegarowy, 3) wyszukać odpowiednie strony poradnika ucznia, 4) pozyskać, w razie potrzeby, z różnych innych zródeł, dodatkowe informacje, 5) wykonać, niezbędne działania logiczno matematyczne, 6) przypisać znak na szkielecie zegarka właściwej firmie zegarmistrzowskiej, 7) ocenić, zgodność uzyskanych wyników z literaturą (zródłem), 8) dokonać samooceny, 9) zaprezentować wykonanie zadania. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 35 Wyposażenie stanowiska pracy: wyposażone stanowisko zegarmistrzowskie, wyposażone stanowisko do prac pisemnych, poradnik ucznia, literatura, stanowisko komputerowe z dostępem do Internetu, materiały i środki piśmienne (papier, długopis, materiały kreślarskie, mechanizmy zegarowe ćwiczeniowe lub modele z dokumentacją, katalogi wyrobów zegarmistrzowskich, inne stosownie do potrzeb (plansze, zdjęcia, foliogramy, adresy witryn internetowych). 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) scharakteryzować konstrukcje mechanizmów zegarowych 2) scharakteryzować rozwój mechanizmów zegarowych 3) rozpoznać znaki firm zegarmistrzowskich 4) zidentyfikować wyroby firm zegarmistrzowskich ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 36 5. SPRAWDZIAN OSIGNIĆ INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1) Przeczytaj uważnie instrukcję. 2) Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3) Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4) Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi. 5) W przypadku odpowiedzi zbliżonych wybierz tę, która wydaje ci się najlepsza. 6) Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7) Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie na pózniej i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny. 8) Na rozwiązanie testu masz 60 min. ZESTAW ZADAC TESTOWYCH 1. Zegar, jest to przyrząd służący do: a) wyznaczania czasu, b) zmiany czasu, c) analizy czasu, d) ograniczania czasu. 2. Czas, jest wielkością fizyczną: a) wektorową zmienną, b) skalarną stałą, c) wektorową stałą, d) skalarną zmienną. 3. Przedstawione obok zegar do określenia czasu potrzebował: a) piasku, b) wody, c) wiatru, d) światła słonecznego. 4. Jedna godzina, to: a) 30 minut, b) 3600 sekund, c) 1/12 doby, d) 5 kwadransów. 5. Przedstawiony obok zegarek jest produktem: a) niemieckim, b) szwajcarskim, c) francuskim, d) angielskim. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 37 6. Podczas pochmurnego dnia, zegar słoneczny będzie: a) pracował prawidłowo, b) przyspieszał, c) zwalniał, d) przestawał pracować. 7. Przedstawiony obok mechanizm, to średniowieczny zegar: a) słoneczny, b) piaskowy, c) wodny, d) powietrzny. 8. Pierwsze regulatory wahadłowe zaczęto stosować w mechanizmach zegarowych w: a) XVI w., b) XVII w., c) XVIII w., d) XIX w.. 9. Wyroby zegarmistrzowskie, oznaczone literą produkuje firma o nazwie: a) Olimpia, b) Omega, c) Omron, d) Oris. 10. Przedstawiony na rysunku równikowy zegar słoneczny określał czas: a) w dowolnym miejscu na równiku, b) w ściśle określonym miejscu , c) w ściśle określonym miejscu na równiku, d) w dowolnym miejscu Ziemi. 11. Flagę szwajcarską w symbolu firmy zegarmistrzowskiej posiada: a) Omega, b) Tissot, c) Seiko, d) Festina. 12. Zegar kwarcowy, jako wzorzec okresu wykorzystuje: a) elementy indukcyjne, b) kamerton kwarcowy, c) elementy półprzewodnikowe, d) specjalny rezonator piezoelektryczny. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 38 13. Wskazówkę minutową wprowadzono do zegarów dzięki: a) zmniejszeniu wymiarów mechanizmu zegarowego, b) zwiększeniu wymiarów tarczy zegarowej, c) zwiększeniu dokładności chodu mechanizmu zegarowego, d) zmniejszeniu masy wskazówek. 14. Aożyska z kamieni szlachetnych zaczęto stosować w mechanizmach zegarowych w: a) XVI w., b) XVII w., c) XVIII w., d) XIX w.. 15. Dokładność wskazań zegara słonecznego zależała od dokładności pomiaru: a) wielkości gnomona b) szerokości cienia, c) długości cienia, d) kąta padania cienia. 16. Czas, oparty na obiegu Ziemi wokół Słońca to: a) czas strefowy, b) czas uniwersalny, c) czas efemeryd, d) czas absolutny. 17. Przyjęcie w 1967 r. nowej definicji sekundy spowodowane zostało: a) wzrostem dokładności zegarów, b) zwolnieniem biegu ziemi, c) konsekwencją stosowania kalendarza gregoriańskiego, d) wprowadzeniem stref czasowych. 18. Istotą pomiaru czasu w zegarze wodnym, było określenie różnicy: a) czystości wody, b) gęstości wody, c) poziomu wody, d) temperatury wody. 19. Najmniejszy współczynnik rozszerzalności cieplnej z poniższych materiałów posiada: a) stal, b) inwar, c) drewno jodłowe suche, d) szkło. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 39 20. Klepsydra stosowana była do pomiaru: a) krótkich okresów czasu, b) długich okresów czasu, c) ciągłości czasu, d) zmiennych odcinków czasu. ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 40 KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko ......................................................................................... . Identyfikowanie wyrobów zegarmistrzowskich Zakreśl poprawną odpowiedz Nr Odpowiedz Punkty zadania 1 A B C D 2 A B C D 3 A B C D 4 A B C D 5 A B C D 6 A B C D 7 A B C D 8 A B C D 9 A B C D 10 A B C D 11 A B C D 12 A B C D 13 A B C D 14 A B C D 15 A B C D 16 A B C D 17 A B C D 18 A B C D 19 A B C D 20 A B C D Razem: ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 41 6. LITERATURA 1. Bartnik B.S.: Podwapiński W.A.: Technologia mechanizmów zegarowych. Tom I WSiP Warszawa 1986 2. Bartnik B.S.: Podwapiński W.A.: Technologia mechanizmów zegarowych. Tom II WSiP Warszawa 1986 3. Bartnik B.S.: Podwapiński W.A.: Zegarmistrzostwo, Ilustrowany słownik zegarmistrzowski. Wyd. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1985 4. Czajkowski J.: Elementy przyrządów precyzyjnych. WSiP, Warszawa 1986 5. Mrugalski Z.: Kalendarium zegarowe. Klub Miłośników Zegarów i Zegarków 6. Sydenham P. H.: Podręcznik metrologii. WKA Warszawa 1988 7. Mały poradnik mechanika. Praca zbiorowa. WNT, Warszawa 1999 8. http://www.zegarkiclub.pl ,,Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego 42