De-a lungul istoriei, metodele și importanța măsurării timpului au evoluat dramatic, reflectând nevoile în schimbare și progresele tehnologice ale societăților umane. În primele culturi agrare, împărțirea timpului era la fel de simplă ca ziua și noaptea, dictată de prezența luminii solare. Această abordare rudimentară a fost suficientă până la inventarea cadranului solar, în jurul anului 1500 î.Hr., care a permis civilizațiilor antice precum grecii și romanii să împartă ziua în intervale mai ușor de gestionat, numite ore. Cu toate acestea, dependența cadranului solar de lumina soarelui a dus la limitările sale, determinând dezvoltarea unor dispozitive mai sofisticate, cum ar fi ceasul cu apă din jurul anului 1000 î.Hr. Deși ceasurile cu apă ofereau o precizie îmbunătățită, și ele aveau defectele lor, inclusiv probleme cu presiunea apei și înfundarea. Introducerea clepsidrei în secolul al VIII-lea d.Hr. a oferit o alternativă mai fiabilă, deși încă nu era ideală pentru măsurarea timpului pe termen lung. Abia în anii 1300, călugării europeni, motivați de nevoia unor orare precise de rugăciune, au inventat primele ceasuri mecanice. Aceste ceasuri timpurii, alimentate de greutăți și reglate prin mecanisme de eșapament, au fost revoluționare, dar încă nu aveau precizia și portabilitatea necesare pentru o utilizare pe scară largă. Descoperirea principiului pendulului de către Galileo Galilei în 1583 a marcat un salt semnificativ în precizie, permițând ceasurilor să măsoare timpul în câteva secunde pe zi. Cu toate acestea, provocarea portabilității a rămas nerezolvată până la apariția mecanismului cu arc, care a dus în cele din urmă la crearea ceasurilor de buzunar. Această inovație a marcat începutul măsurării timpului cu adevărat portabil, revoluționând modul în care oamenii interacționau cu timpul și îl înțelegeau.
De-a lungul unei mari părți a istoriei omenirii, măsurarea precisă a timpului pur și simplu nu a fost o problemă atât de mare. În afară de faptul că nu exista nicio modalitate de a ține timpul exact cu mii de ani în urmă, pur și simplu nu era nevoie să se facă acest lucru. Culturile timpurii care se bazau pe agricultură lucrau atâta timp cât soarele strălucea și se opreau când se întuneca. Abia pe măsură ce omenirea a început să se îndepărteze de o societate pur agrară, oamenii au început să caute o modalitate de a marca trecerea timpului mai precis decât simpla împărțire a fiecărei zile în „zi” și „noapte”
Cel mai vechi dispozitiv cunoscut pentru a împărți ziua în segmente mai mici de timp a fost cadranul solar, inventat cel puțin în jurul anului 1500 î.Hr. După ce a observat că umbra aruncată de un obiect se schimbă în lungime și direcție pe măsură ce ziua trece, o persoană inteligentă, al cărei nume va fi pierdut pentru totdeauna în istorie, și-a dat seama că poți așeza un băț vertical în pământ și, marcând locul unde cade umbra, să împarți lumina zilei în intervale discrete. Aceste intervale au ajuns în cele din urmă să fie numite „ore”, fiecare oră reprezentând 1/12 din timpul în care soarele strălucea în fiecare zi. Cadranul solar a fost o idee minunată care a permis progresia ordonată a civilizațiilor grecești și romane antice. Un lucru grozav la cadranul solar era că era foarte portabil. Avea însă câteva defecte foarte elementare. În primul rând, funcționa doar atunci când soarele strălucea efectiv. Aceasta nu era o problemă noaptea, deoarece oricum nimeni nu lucra pe întuneric. Dar era o problemă majoră în zilele înnorate. Chiar și atunci când soarele strălucea puternic, durata zilei variază pe parcursul anului, ceea ce însemna că durata unei „ore” a variat și cu până la 30 de minute de la solstițiul de vară la solstițiul de iarnă.
Din cauza limitărilor cadranului solar, oamenii au căutat alte modalități de a măsura trecerea timpului fără a depinde de soare. Una dintre primele încercări care a devenit foarte populară a fost ceasul cu apă [numit și clepsidră], inventat cândva în jurul anului 1000 î.Hr. Ceasul cu apă se baza pe ideea că apa se scurge printr-o gaură mică într-o rată aparent constantă și este posibil să se marcheze trecerea timpului notând câtă apă s-a scurs printr-o gaură din fundul unui vas special marcat. Ceasurile cu apă erau mult mai precise decât cadranele solare, deoarece rata debitului nu era afectată de ora din zi sau din an și nu conta dacă soarele strălucea sau nu. Totuși, nu erau lipsite de propriile defecte serioase.
Deși apa poate părea că picură într-un ritm constant și fix, de fapt, cu cât este mai multă apă în vas, cu atât se scurge mai repede din cauza presiunii exercitate de greutatea apei. Egiptenii antici au rezolvat această problemă folosind vase cu pereți înclinați pentru a egaliza presiunea apei pe măsură ce cantitatea de apă scădea. Alte probleme, însă, includeau faptul că orificiul prin care picura apa avea tendința de a se mări în timp, permițând astfel unei cantități mai mari de apă să treacă mai repede, și faptul că orificiul de evacuare avea, de asemenea, o tendință neplăcută de a se înfunda. Și ferească Doamne să se răcească suficient pentru ca apa să înghețe! Ceasurile cu apă, prin însăși natura lor, nu erau deosebit de portabile.
Ei bine, oamenilor nu le-a luat mult să realizeze că apa nu este singurul lucru care curge într-un ritm constant, iar apoi a apărut clepsidra, inventată cândva în jurul secolului al VIII-lea d.Hr. Principalul motiv pentru care nu a fost inventată mai devreme a fost probabil pur și simplu acela că nimeni nu a reușit să sufle sticlă suficient de bine până atunci. Clepsidra folosește nisip care curge dintr-un vas de sticlă în altul printr-o mică deschidere care le conectează pe cele două, iar trecerea nisipului nu este afectată în mod special de lucrurile care cauzau probleme cu ceasul cu apă și cu cadranul solar dinaintea acestuia. Cu toate acestea, clepsidrele mari erau impracticabile, iar măsurarea timpului pentru o perioadă lungă de timp însemna de obicei întoarcerea sticlei iar și iar pe parcursul unei zile. Practic, era un cronometru excelent, dar un instrument de măsurare a timpului prost.
Și cam așa au stat lucrurile până în anii 1300, când un grup de călugări din Europa au decis că aveau nevoie de o modalitate mai bună de a ști când era timpul să se roage. Căci, vedeți voi, viața unui călugăr se învârtea în jurul unui program stabilit de rugăciuni - una la prima lumină, una la răsăritul soarelui, una la mijlocul dimineții, una la prânz, una la mijlocul după-amiezii, una la apus și una la căderea nopții. Cunoașterea orei corecte a devenit, așadar, mai mult decât o simplă delicatețe - era un imperativ religios! Și, ca urmare, acești călugări au inventat primele ceasuri mecanice cunoscute. Cuvântul „ceas”, apropo, provine din cuvântul olandez pentru „clopot”, deoarece aceste ceasuri mecanice timpurii nu aveau ace și erau concepute pur și simplu pentru a bate ora.
Pe lângă mecanismul de bătaie a clopotului, aceste ceasuri timpurii aveau două cerințe importante. Prima era o sursă de energie, iar aceasta era asigurată de o greutate atașată de o frânghie sau un lanț. Greutatea era purtată sau trasă în vârful ceasului, iar gravitația făcea restul. A doua era o modalitate de a forța greutatea să cadă într-un ritm lent și măsurat, în loc să se prăbușească precum, ei bine, o greutate de plumb. Și aceasta era asigurată de un minunat și..
o invenție ingenioasă numită eșapament. În termeni simpli, un eșapament este un dispozitiv care întrerupe traiectoria greutății în cădere la intervale regulate, făcând-o să cadă câte puțin, în loc de toate odată. Acest lucru face literalmente ca ceasurile să „ticăie”, deoarece pe măsură ce eșapamentul se mișcă înainte și înapoi, cuplând și eliberând alternativ angrenajele atașate greutății, produce un sunet foarte distinctiv.
Aceste ceasuri timpurii, deși minuni tehnologice, nu erau deosebit de precise. De asemenea, deși permiteau subdivizarea orei în porțiuni mai mici [de unde și cuvântul nostru „minut” pentru prima mică diviziune a orei], nu puteau descompune ora într-o altă diviziune, sau „a doua”, mică [și da, de acolo provine și acest cuvânt]. Acest lucru a trebuit să aștepte până când un tânăr destul de strălucit pe nume Galileo Galilei a descoperit principiul pendulului în jurul anului 1583. Pe scurt, el a observat că, indiferent de cât de larg se balansa un anumit pendul, acesta avea nevoie întotdeauna de același timp pentru a se balansa înainte și înapoi. De fapt, el a descoperit că timpul necesar pendulului pentru a reveni era determinat de lungimea pendulului în sine și nu de lățimea oscilației. Și, prin atașarea unui pendul măsurat cu precizie la eșapamentul unui ceas, ceasornicarii au putut produce ceasuri care aveau o precizie de câteva secunde pe zi, în loc de minute. Nu conta câtă forță era aplicată pendulului, deoarece forța afecta doar lățimea oscilației și nu lungimea pendulului în sine.
Așadar, acum aveam ceasuri care funcționau bine indiferent de ora din zi sau de anotimp și care erau foarte precise pe perioade lungi de timp. Din păcate, acestea încă nu erau deosebit de portabile, deoarece greutatea nu cădea regulat, iar pendulul nu putea funcționa corect dacă erau supuse mișcărilor exterioare. Și aici intră în scenă ceasul de buzunar.
Invenția cheie care a permis portabilitatea ceasurilor [și ce este un ceas decât un ceas portabil?] a fost arcul. De fapt, utilizarea arcurilor este probabil a doua cea mai importantă dezvoltare orologeră după inventarea mecanismului de eșapament. Primul pas în transformarea unui ceas în portabilitate a fost înlocuirea greutăților grele folosite pentru acționarea acestuia cu ceva care să exercite o forță constantă, indiferent de poziția în care era ținut ceasul. Și s-a descoperit că o bandă de metal strâns înfășurată, de înaltă tensiune, exercită o forță mai mult sau mai puțin constantă pe măsură ce se derulează, ceea ce a făcut-o exact lucrul potrivit pentru această sarcină. Desigur, ceasornicarilor nu le-a luat mult timp să observe că arcul exercita din ce în ce mai puțină forță pe măsură ce se derula, dar au venit cu o serie de soluții destul de ingenioase
modalități de a rezolva problema, inclusiv dispozitive precum „stackfreed” și „fusee”
Al doilea pas în transformarea unui ceas într-unul cu adevărat portabil a fost găsirea unui înlocuitor pentru pendul, care menținea ceasul ticăind la intervale precise. Primele „ceasuri portabile” foloseau un dispozitiv numit „foliot”, care consta din două greutăți foarte mici suspendate de fiecare capăt al unei bare de balansier rotative, dar acestea nu erau nici deosebit de precise, nici cu adevărat portabile. Încă o dată, însă, conceptul recent descoperit al arcului a venit în ajutor. S-a stabilit că o bobină foarte fină de sârmă [numită „arc de păr”, deoarece era atât de subțire] putea fi atașată direct la roata de balansier și că, atunci când forța arcului principal era transmisă către eșapament, arjul atașat se înfășura și se derula într-un ritm foarte regulat, determinând astfel eșapamentul să se cupleze și să se elibereze la intervalele precise necesare. Și, în cea mai mare parte, acest lucru este valabil indiferent de modul în care este ținut ceasul, oferind o adevărată portabilitate.
Distincția dintre aceste prime ceasuri portabile timpurii și primele ceasuri de buzunar adevărate este una neclară. Deși un ceas acționat cu arc a fost dezvoltat încă din anii 1400, un ceas reglat cu arc nu a apărut decât la mijlocul anilor 1600 și nu a trecut mult timp după aceea până când au devenit suficient de mici pentru a fi purtate la talie sau în buzunar. Și curând, oricine își permitea unul a fost văzut purtând acea invenție nouă care făcea furori - ceasul de buzunar.
