Inventarea cronometrului

În prezent, mulţi oameni consideră ca fiind ceva normal cunoştinţele şi tehnologia folosite pentru navigarea în siguranţă dintr-un port în altul, însă în urmă cu numai 200 de ani se înregistrau pierderi de vieţi şi de transporturi de marfă într-un ritm greu de imaginat. Inventarea unui instrument precis, numit „cronometru”, a schimbat această situaţie. Datorită faptului că Pământul este, în esenţă, o minge, toate poziţiile, direcţiile şi hărţile trebuie raportate la o sferă.

Poziţia este specificată prin două coordonate: latitudinea, un unghi măsurat într-un plan ce trece prin cei doi poli, şi longitudinea, un unghi măsurat într-un plan paralel cu ecuatorul. Corpurile cereşti pot fi folosite în timpul călătoriilor pe mare pentru calcularea latitudinii, dar nu şi a longitudinii. În emisfera nordică, Steaua Polară este colineară cu axa Pământului, dar în emisfera sudică sunt luate în considerare alte repere.

Calcularea longitudinii era mai complicată. Europenii au început să studieze matematica şi astronomia după anul 1000, învăţând de la arabi, cu care au intrat în contact în timpul Cruciadelor. În ciuda suspiciunii clerului în privinţa noilor cunoştinţe şi instrumente, progresele reprezentate de inventarea hărţilor marine şi terestre au stimulat procesul de înregistrare şi de schimb de informaţii referitoare la formele de relief de pe suprafaţa sferică a Pământului şi la poziţia acestora.

Cele mai multe hărţi prezentau aceste informaţii în funcţie de importanţa lor pentru cel ce le întocmea. Comerţul şi campaniile de explorare au îmbunătăţit sistemul de cartografiere în perioada cuprinsă între începutul secolului al XV-lea şi secolul al XVII-lea, numai că hărţile nu puteau fi precise pe direcţia est-vest fără determinarea exactă a longitudinii.

La sfârşitul secolului al XVI-lea era cunoscut faptul că longitudinea reprezenta o problemă matematică ce afecta navigaţia europenilor. Hărţile distorsionate cu poziţii est-vest stabilite la întâmplare duceau la o cartografiere primejdioasă. Cristofor Columb, asemenea tuturor navigatorilor din vremea sa, era incapabil să calculeze longitudinea, motiv pentru care termenii de „Indii” şi „indieni” sunt ataşaţi în continuare ţinuturilor pe care le-a descoperit.

Comandantul britanic George Anson, care a trăit în secolul al XVIII-lea, a pierdut 1.051 dintre cei 1.939 de oameni cu care a plecat. El trebuia să obţină provizii de pe o insulă din apropierea Capului Horn, pe care nu a găsit-o pentru că nu cunoştea cu exactitate longitudinea. Această problemă a longitudinii a stârnit interesul multor guverne europene. O comisie a parlamentului britanic a consultat oameni de ştiinţă precum Isaac Newton, care a sugerat utilizarea unui ceas precis, rezistent la condiţiile de pe mare.

În 1714, o lege emisă de parlamentul acestei ţări oferea o recompensă oricui reuşea să obţină un instrument pentru calcularea longitudinii cu un grad specificat de precizie în timpul unei călătorii de testare. Invenţia ar fi trebuit să indice longitudinea portului-destinaţie din Indiile de Vest - o călătorie ce dura atunci 6 săptămâni. Timp de 23 de ani nu a apărut nici un candidat cu excepţia pastorilor William Whiston şi Humphry Ditton, ce au propus un plan bazat pe ideea ancorării unor corăbii în anumite puncte de-a lungul principalelor rute comerciale.

La miezul nopţii, fiecare corabie ancorată ar fi tras o rachetă de avertizare la o înălţime de o milă; explozia, ce putea fi văzută şi auzită de la 85 de mile, i-ar fi informat pe marinari în privinţa preciziei ceasurilor de la bordul vaselor prin verificarea estimei. Însă acest plan era inutilizabil deoarece corăbiile ancorate nu erau dotate cu ceasuri precise.

Revoluţia produsă în navigaţie a început cu cronometrul marin inventat de tâmplarul şi ceasornicarul englez John Harrison în secolul al XVIII-lea. John şi fratele său mai tânăr, James, au construit două ceasuri cu o eroare de cel mult o secundă pe lună, extrem de precise pentru acea epocă. Ei au hotărât să construiască un instrument de măsurare a timpului la fel de precis care să reziste la mişcările şi la variaţiile de temperatură din timpul călătoriilor pe mare. Munca lor de echipă a dus la succesul lui John.

Ceasurile construite de ei nu erau afectate de variaţiile de temperatură, forţele de frecare ale mecanismelor au fost reduse la minimum, iar angrenajele nu trebuia unse; instrumentul era similar ceasurilor de lemn timpurii numai că nu avea pendul. „Ceasul de mare” portabil (cronometrul) putea fi folosit în navigaţie, dacă cele mai multe piese ale acestuia erau confecţionate din metal, nu din lemn. În consecinţă, cei doi au cerut Comisiei de Longitudine asistenţă financiară, după cum prevedea legea emisă în acest sens.

În 1730, Harrison s-a întâlnit cu Edmond Halley, astronom al Societăţii Regale şi membru al Comisiei de Longitudine. Halley a analizat planurile lui Harrison şi a recunoscut că, dacă ceasul ar funcţiona corect, problema stabilirii longitudinii ar fi soluţionată. L-a trimis la George Graham, alt membru al Societăţii Regale, care a fost de acord ca, dacă Harrison producea un ceas precis, Societatea Regală să-i susţină propunerea în faţa Comisiei. Graham i-a dat personal bani lui Harrison pentru a-şi finanţa cercetările şi a construi ceasul.

Primul cronometru marin al lui Harrison a fost finalizat în 1735. H1 (primul ceas al lui Harrison; în total au fost cinci) nu avea pendul, folosind în schimb un arc spiral cu două greutăţi de câte 5 livre articulate cu arcuri de alamă. Chiar dacă ceasul era înclinat sau rotit din cauza mişcărilor de pe mare, „regularitatea balansului” nu era afectată. Instrumentul cântărea 33 kg şi a fost testat cu succes pe o barjă în Anglia. În 1735, cei doi fraţi au abordat din nou Comisia de Longitudine, iar aceasta şi-a dat acordul pentru o testare pe mare. În 1736, H1 a navigat până la Lisabona.

Harrison şi-a continuat cercetările, proiectând şi construind ceasul H2 cu aprobarea comisiei, care a acordat suma de 500 de lire pentru cercetări şi construcţie, cu stipularea ca acest instrument şi toate instrumentele pentru determinarea longitudinii pe care urma să le construiască să fie cedate Coroanei. La finalizarea sa, în 1739, H2 era mai înalt, mai greu şi mai îngust, astfel că ocupa un spaţiu mai redus la bordul corăbiilor. Principala inovaţie adusă mecanismului său şi al tuturor celor care au urmat a fost un „remontoar”, un mecanism ce asigură constanţa forţei aplicate regulatorului, care a îmbunătăţit semnificativ precizia ceasului. H2 nu a fost testat niciodată pe mare şi a reprezentat ultimul instrument la care a lucrat şi James. John şi-a continuat singur cercetările.

John Harrison a început să lucreze la H3, un model cu totul nou, care la sfârşit arăta la fel ca H2, doar că era ceva mai scurt şi mai uşor, prevăzut cu balanţe circulare în locul celor în formă de haltere. O „bordură” bimetalică, având sarcina de a prelua variaţiile de temperatură, a înlocuit „grătarul”, însă H3 era imposibil de potrivit fără dezmembrarea sa totală urmată de reasamblare, astfel că Harrison s-a apucat imediat să lucreze la H4, cel mai celebru şi important cronometru al său.

Cu un diametru de numai 13,3 cm, acesta avea un aspect destul de diferit faţă de ceasurile anterioare şi avea şi un mecanism diferit. Folosea ulei ca lubrifiant pentru lagărele sale extrem de bine finisate, cuplate cu roţi şi pinioane cu un număr mare de dinţi pentru obţinerea unei eficiente mecanice sporite. Testarea acestui instrument a început în octombrie 1761, pe ruta Marea Britanie - Jamaica.

Călătoria de două luni a consemnat o eroare a ceasului H4 de numai 5 secunde, echivalentă cu o eroare de longitudine de 1,15 minute - aproximativ aceeaşi valoare şi în mile marine. Harrison a îndeplinit astfel condiţiile pentru acordarea premiului, însă nu a primit nici un ban până când nu a intervenit însuşi regele George al III-lea, după ce văzuse ultimul cronometru al lui Harrison, H5, terminat în 1772, cu un mecanism destul de apropiat de cel al lui H4.

În secolul al XVII-lea, la mai mult de două secole după prima călătorie pe mare în jurul lumii, o parte însemnată a oceanului rămăsese necartografiată şi neexplorată. Pacificul a rămas neexplorat şi necartografiat până în momentul celor trei expediţii ale lui James Cook între anii 1768-1779. Cook a părăsit Londra pentru prima dată în 1768. Călătoria de 3 ani a vasului HMS Endeavour a fost făcută fără un cronometru Harrison, deşi eficacitatea acestuia de stabilire a longitudinii fusese dovedită.

Însă în iulie 1771, HMS Resolution şi Adventure au părăsit portul Plymouth sub comanda lui Cook având la bord o copie a lui Larkum Kendall după cronometrai H4 al lui Harrison, permiţându-i lui Cook să-şi stabilească poziţia pe suprafaţa globului cu latitudinea şi longitudinea măsurate şi să traseze hărţi cu o precizie nemaiîntâlnită până atunci. Astfel, Cook şi-a câştigat locul în istorie.

Producţia de cronometre redusă până atunci a început apoi să crească. Pierre Le Roy a realizat un cronometru, în timp ce Thomas Eamshaw a produs mai multe (modelele sale au fost folosite şi în secolul al XX-lea, dar cererea era mică din cauza numărului mic de exemplare produse). Începând cu anii 1850 fiecare navă militară britanică era dotată cu trei cronometre, deoarece dacă erau doar două şi indicau diferit, navigatorul nu ştia care indicaţie este greşită, astfel că al treilea avea rolul de a ajuta la stabilirea timpului real.

Check Also

Inventarea telegrafului

Ceea ce este interesant de remarcat este că Samuel F.B. Morse, inventatorul telegrafului, şi-a început …

Inventarea telefonului

Inventarea telefonului Inventarea telefonului, Invenţii, Telefon În mod ironic, inventarea telefonului a fost marcată de o lipsă …

Inventarea tancului

Ca armă militară, tancul a schimbat pentru totdeauna aspectul bătăliilor terestre. Acesta a apărut ca …

Inventarea şurubului

Se spune că în timpul unei vizite în Egipt, filozoful grec Arhimede ar fi realizat un …

Inventarea submarinului

Nu este nevoie să ne gândim prea mult pentru a putea aprecia efectul submarinului asupra …