Sat (instrument)

Sat je instrument za mjerenje vremena. (Obično, za mjerenje vremena u intervalima manjim od dana – u suprotnom kalendar.) Satovi koji se koriste u tehničke svrhe, ili sa izuzetno velikom preciznošću se ponekad nazivaju hronometri. Sat u svojoj najčešćoj modernoj formi (u upotrebi od 14. vijeka) pokazuje sate (časove), minute, a ponekad i sekunde u periodu od 12 ili 24 sata.

Historija

Replika starog kineskog sata sa štapićem tamjana

Sat je jedan od najstarijih ljudskih pronalazaka. U principu, potrebno je znati osnovne fizičke procese koji se ponavljaju s određenom učestalošću, i način da se izmjeri koliko taj proces traje. Kao što se godišnja doba i faze mjeseca mogu iskoristiti za mjerenje protoka određenih dužih perioda vremena, tako se i kraći periodi mogu koristiti za mjerenje sati i minuta. Sunčani sat, koji mjeri vrijeme dana pomoću smjera sjenke koju baca određeni predmet osvetljen suncem, bio je dobro poznat u drevnim vremenima. Kandila i štapići tamjana koji gore predvidivom brzinom također su korišćeni kao satovi. Pješčani satovi mjerili su vrijeme prolaskom sitnog pijeska kroz uzani otvor na staklenoj posudi.

Istoričar Vitruvije izveštava da su stari Egipćani koristili klepsidru, vremenski mehanizam koji radi na vodu. Historičari se ne slažu o porijeklu „Antikitera mehanizma“ (satnog mehanizma pronađenog kraj grčkog ostrva Antikitera, za koji se vjeruje da potiče iz 87. p. n. e.) ali se smatra da je to bio rani mehanički sat. Do 9. vijeka p. n. e. mehanički satovi nisu imali uspinjač. Postoji bilješka da je 1176. u katedrali Sens instaliran „orolog“ (od grkih riječi hora, sat, i legein, govoriti) – riječ koja se u Francuskoj još upotrebljava za velike satove. Ova riječ je navela naučnike da varuju da ovi satovi na kulama nisu imali kazaljke i brojčanike, već su „govorili“ vrijeme zvučnim signalima kao što su zvona.

Prvi prilično tačni satovi su satovi na tornjevima iz 13. vijeka izrađeni za kaluđere u Sjevernoj Italiji (a možda su ih oni i napravili). Korišteni su da objavljuju „kanonske sate“ u intervalima između molitvi. „Kanonski satovi“ su se razlikovali po dužini vremena, i menjali su se s promenama izlaska i zalaska sunca.

Smatra se da je prvi sat sa zvučnim obrojavanjem sati izumeo Čang Jeong-Sil, glavni inženjer Koreje, za vrijeme kralja Džoseona. Nazvan je Chagyongru, što na korejskom znači „sat s odbrojavanjem“.^[1]

Najraniji stoni satovi koji su preživjeli do danas su satovi iz sredine 16. vijeka iz metalurških gradova Nirnberga i Augzburga. Ovi satovi imali su samo jednu kazaljku. Brojač sati je bio podijeljen na četiri jednaka dijela, tako da je sat mogao da pokazuje vrijeme od 15 minuta.

Sat na Big Benu, London, Engleska. Osoba visoka 5 stopa i 4 inča (1,63 m) koja pokazuje oznaku za 6 sati ubačena je u sliku u prirodnoj veličini. Kazaljka za sate je duga 9 stopa (2,7 m) a kazaljka za minute 14 stopa (4,3 m)

Sljedeći značajan razvoj u preciznosti javio se 1657. s pronalaskom sata s klatnom. Još ranije je Galilej imao ideju da iskoristi njihajuće klatno za pokretanje satnog mehanizma. Christian Hygens se, međutim, obično smatra za pronalazača. On je napravio matematičku formulu odnosa dužine klatna i vremena (99,38 cm ili 39,13 inča za jednu sekundu vremena) i dao da se prvi takav sat napravi. Engleski sahačija Viljem Klement je 1670. napravio „uspinjač sa sidrom“, za razliku od Hajgensovog „uspinjača sa krunom“. Za nepunu generaciju dodate su i kazaljke za minute i sekunde.

Uzbuđenje zbog sata s klatnom privuklo je pažnju dizajnera koji su napravili razne oblike satova. Napravljeno je kućište za smještanje sata s klatnom. Engleski sajdžija Viljem Klement je izmislio ovo kućište 1670. Otprilike u isto vrijeme kućišta su počela da se izrađuju od drveta s licem od staklenog emajla. Eli Teri je 17. novembra 1797. prvi patentirao sat. On je poznat kao osnovač američke industrije satova.

Razvoj elektronike u 20. vijeku doveo je do satova bez ikakvog satnog mehanizma. Vrijeme na ovim satovima mjerilo se na razne načine, na primjer pomoću kvarcnih kristala ili raspadanjem radioaktivnih elemenata. Čak su i mehanički satovi napajani baterijama, čime je navijanje sata postalo suvišno.

Tipovi

Satovi se mogu klasifikovati po načinu na koji pokazuju vrijeme i po načinu na koji mjere vrijeme.

Satovi po načinu pokazivanja vremena

Analogni satovi

Analogni satovi pokazuju vrijeme kao ugao između dvije kazaljke. Najčešće lice sata koristi fiksni brojčanik i pokretne kazaljke. Obično ima kružnu skalu od 12 sati, koja služi i kao skala od 60 minuta, a često i kao skala od 60 sekundi. Prvi analogni sat je sunčani sat, koji neprestano prati sunce, registrujući vrijeme pomoću sjenke gnomona, indikatora.

Digitalni radio sat

Digitalni satovi

Digitalni satovi pokazuju vrijeme kao brojeve. Na digitalnim satovima koriste se dva formata numeričkih displeja:

24-časovna notacija sa satima od 00–23;
12-časovna notacija sa AM/PM indikatorom, sa satima prikazanim kao 12AM, iza kojih slede 1AM–11AM, zatim 12PM, iza kojih slede 1PM–11PM (notacija koja se najčešće koristi u Sjedinjenim Državama).

Većina digitalnih satova koristi LCD ili LED displej; mada se koriste i druge tehnologije prikazivanja: (katodne cijevi, nixie tubes, itd.). Posle resetovanja, zamene baterija ili gubitka energije, digitalni satovi bez mogućnisti čuvanja podataka ili ponovo počnu da mjere vrijeme od 00:00, ili staju na 00:00, uz treptanje brojeva što je znak da vrijeme treba da se ponovo podesi.

Zvučni satovi

Zbog potreba telefoniranja ili za slepe osobe, postoje satovi koji vrijeme pokazuju zvukom, ili govornim jezikom (npr: „Sada je tačno dvanaest sati i trideset pet minuta), ili zvučnim signalima (npr. broj udaraca zvona pokazuje koliko je sati u tom trenutku).

Tekstualni satovi

Tekstualni satovi pokazuju vrijeme vizuelno u formi jezika. Na primjer, na engleskom, 12:35 može se prikazati kao "Twelve thirty-five". Neke verzije ovih satova koriste mnogo približnije mjerenje, na primer, „Oko dvanaest i trideset“ ^[2]

Satovi po načinu mjerenja vremena

Mehanički mehanizam časovnika.

Najveći broj satova je sagrađen oko neke vrste oscilatora, koji menja položaj u beskrajnom nizu periodičnih promena, koje omogućavaju trajnu i stabilnu referentnu frekvenciju. Periodi ovog oscilatora se broje i konvertuju u određeno vrijeme na satu.

Mehanički satovi koriste klatno kao oscilator, koji kontroliše rotaciju niza zupčanika koji mjere vrijeme.
Kristalni satovi koriste elektronski kvarcni kristalni oscilator i delitelj frekvencija ili brojač. Većina kristalnih satova s baterijskim napajanjem koristi oscilator od 2¹⁵ Hz = 32.768 kHz.
Atomski satovi koriste mikrotalasni oscilator (maser) podešen izmenama energije elemenata kao što su cezijum, rubidijum ili vodonik. Oni su najprecizniji satovi. Atomski satovi na cezijumu se danas koriste kao zvanični mjerioci jedinica vremena.
Električni satovi mjere periode od 50 ili 60 herca naizmenične struje, čijom stabilnom prosječnom frekvencijom upravljaju posebne elektrane.
Radio satovi periodično aktiviraju ugrađeni radio prijemnik da bi automatski podesili vrijeme prema radio signalu. Radio signal obično generiše atomski sat u radio stanici.
Sunčani satovi koriste prividnu rotaciju Sunca oko Zemlje kao svoju referentnu oscilaciju.

Namena

Satova ima u kućama i kancelarijama, mali se nose na ruci; veliki se nalaze na javnim mjestima, npr: na željezničkim stanicama ili crkvama. Mali satovi se često nalaze u uglu računarskih displeja ili na mobilnim telefonima.

Najvažnija namjena sata nije uvijek da „pokazuje“ vrijeme. On se koristi da „kontroliše“ ili upozorava na određene događaje, npr: alarmni sat, sat na video uređajima. Praktično svi računari zavise od tačnog vremenskog signala da bi se odvijali sinhronizovani procesi. Neki računari također pokazuju vrijeme i datum i služe kao alarmi, pokretači određenih procedura i događaja ili jednostavno pokazuju vrijeme.

Navigacija

Precizna navigacija brodova zavisi od sposobnosti mjerenja geografske širine i dužine. Geografsku širinu je relativno lako odrediti pomoću nebeske navigacije, ali mjerenje geografske dužine zahteva precizno mjerenje vremena. Ovo je bio jedan od glavnih razloga za razvoj preciznih mehaničkih satova. Prvi izuzetno precizan pomorski hronometar napravio je Džon Harison sredinom 18. vijeka. „Podnevni top“ u Kejptaunu još uvijek pucnjem daje precizan signal koji omogućava brodovima da provere svoje hronometre.