SAAT, zamanın ölçülmesinde
kullanılan alettir. Saatlerin ana parçalan, eşit zaman aralıklarında düzenli
hareketler yapan bir zaman sayma düzeneği ile hareket sayısını kaydeden sayma
mekanizmasıdır. Örneksel ya da analog saatler, zamanı
ibreler (kollar) yardımıyla gösterir; ibreler, zaman aralıklarına bölünmüş bir
kadranın üzerinde döner (örneksel, benzer demektir; kolların hareketi zamanın geçişini
temsil eder). Sayısal ya da dijital saatler ise zamanı
sayılarla gösterir; bu gösterim genellikle sıvı kristallerle sağlanır. Zaman
aralıkları (örneğin saat başları) bazen bir zil sesiyle ya da bir elektronik devrenin çıkardığı sesle ayrıca vurgulanabilir.
Mekanik Saatler
Mekanik
saatlerde, saati gösteren kola akrep denir; akrep, her 12 saatte bir kez, yani
günde iki kez kadranı dolanır. Dakikayı gösteren ve akrepten daha uzun olan
kola yelkovan denir; yelkovan saatte bir kez, yani günde 24 kez kadranı
dolanır. Saniyeleri gösteren kol ise, genellikle değişik renkli uzun bir kol
biçimindedir ve bu kol da hızla kadranın üzerinde döner; ama saniyeleri
göstermek için, ana kadranın bir kenarına yerleştirilmiş ayrı bir küçük saniye
kadranı ve minik bir saniye kolundan da yararlanılabilir. Saniye kolu dakikada
bir kez kadranı dolanır.
Kolların farklı hızlarda hareket edebilmesini sağlamak
için, bu kolların takılı oldukları miller birbirine zaman dişlileri denen bir
dizi dişli çarkla bağlanmıştır. Çapları ve diş sayıları farklı olan bu
çarkların dişleri birbirine geçecek, yani birbirini kavrayacak durumdadır. Diş
sayılarının farklı olması, millerin farklı hızlarda dönmesini sağlar. Eğer
iki dişli çarktan birinin 10, öbürünün ise 50 dişi varsa, bu iki dişli
birbirini kavradığında, büyük dişlinin her dönüşüne karşılık küçük dişli beş
kez döner; çünkü bu iki dişlinin birbirine hız aktarma oranı 10/50, yani
1/5'tir. Demek ki, 1/60 oranını verecek bir diş sayısı seçilerek, dakika ve
saat kollarının birbirlerine göre doğru hızlarda hareket etmesi sağlanabilir.
Saatin işlemesi için, zaman dişlilerini çalıştıracak
bir enerji kaynağına gerek vardır. Bu, asılı durumdaki bir ağırlık, bir yay ya
da elektrik olabilir. Sarkaçlı ya da zemberekli saatler kurulurken ağırlığı
yukarıya kaldırmak ya da yayı sıkıştırmak için yapılan iş, yükseltilmiş
ağırlıkta ya da sıkışmış yayda potansiyel enerji olarak depolanır ve daha sonra
bu enerji yavaş yavaş serbest bırakılarak çark takımı çalıştırılır. Bu
potansiyel enerji saati en az 24 saat çalıştırmaya yeter.
Buraya kadar anlatılan kadarıyla zaman dişlilerinin
zamanı sayma özelliği yoktur. Eğer kurulu bir saatin ağırlığı ya da yayı
herhangi bir sınırlama olmaksızın aniden serbest bırakılırsa, kollar denetimsiz
bir biçimde hızla döner ve 24 saatlik gün birkaç saniye içinde tükenip biter
Bunu önlemek için, enerjinin az miktarlarda ve düzenli aralıklarla serbest
bırakılması gerekir. Bu, saatin zaman sayma düzeneğine, örneğin sarkacına bir eşapman
bağlanarak gerçekleştirilir. Eşapman, bir eşapman çarkı ile bu çarkın üzerinde
yer alan bir mandaldan oluşur. Eşapman çarkı bir dizi dişli çark tarafından
döndürülür, mandal ise eşapman çarkını tutup bırakarak bu çarkın adım adım, diş
diş dönmesini sağlar. İleri doğru her hareketinde eşapman çarkının bir dişi,
maşa denen çapa biçimli mandalın ucuna takılır. Diş maşayı hafifçe iter, maşa
da bu hareketi sarkaca aktararak sarkacın salınmasını sağlar. Eşapman çarkının
dönme hareketi devam eder, diş iterek maşadan kurtulur, ama bu kez ardından
gelen diş maşaya takılır ve böylece aynı şeyler yinelenerek sürüp gider.
Eşapman çarkı da zaman sayma mekanizmasının bir
parçasıdır. Sarkacın her salınımı eşapman çarkını bir diş ilerletir; böylece,
eğer eşapman çarkının üzerinde 60 diş varsa, sarkacın her 60 salınımında çark
bir tam dönüş yapmış olur. Eğer eşapman çarkı saniye koluna doğrudan doğruya
bağlıysa ve sarkaç bir tam salınımını 1 saniyede yapıyorsa, o zaman saniye
kolu da kadranı her 60 saniyede bir kez dolanır.
Sarkacın ileri-geri bir tam salınım yapma süresi {periyodu),
takılı olduğu eksen ile ucundaki ağırlığın merkezi arasındaki uzunluğa
bağlıdır; bu uzunluk ne kadar büyükse salınım süresi de o ölçüde uzun olur.
Demek ki, sarkaç basit ama doğru sonuç veren bir zaman sayma aracıdır. İngiltere'de
Londra'daki parlamento binasında bulunan ünlü Big Ben saatinin sarkacı 4 metre
uzunluğundadır, periyodu ise 4 saniyedir; alanlarda kurulu olan saat
kulelerindeki saatlerin ve evlerde kullanılan duvar saatlerinin sarkaçlarının
uzunluğu 25 cm, periyotları ise 1 saniyedir. Saatin ileri gitmesi ya da geri
kalması durumunda, sarkacın ucundaki ağırlık bir vida yardımıyla çubuğun
üzerinde yukarı ya da aşağı kaydırılarak saatin duyarlılığı yeniden ayarlanır.
Örneğin, periyodu 1 saniye olan bir sarkacın uzunluğu yaklaşık 990
milimetredir. Bu uzunluğun 0,025 mm artırılması saatin günde 1 saniye geri
kalmasına neden olur.
Sarkaçlı saatlerin ayarının bozulmasının başlıca nedeni
sıcaklık değişimleridir. Eğer metal bir çubuk ısıtılırsa genleşir (uzar) soğutulursa
tam tersine, büzülür (kısalır). Saat sarkaçlarının çubuğundaki benzer değişiklikler
saatin geri kalmasına ya da ileri gitmesine yol açar. Bunun üstesinden gelmenin
bir yolu, sarkaç çubuğunu genleşme miktarları farklı iki metalden yapmaktır;
böylece iki farklı genleşme miktarı birbirini "götürebilir" ve
ağırlığın eksenden hep aynı uzaklıkta kalması sağlanır. Daha ucuz bir yöntem
de, çubuğu çok az, önemsenmeyecek düzeyde genleşen bir alaşımdan, örneğin invar
çeliğinden yapmaktır.
Elektrikli
Saatler
Elektrik
hem önemli bir enerji kaynağıdır, hem de bir elektrik kaynağından zaman sayma
düzeneği olarak yararlanılabilir. Kent şebekesinden evlere beslenen alternatif
akım saniyede
100 ya da 120 kez yön değiştirir ve bu nedenle de
frekansı 50 ya da 60 hertzdir. (1 hertz, saniyede 1 çevrime eşittir) Bu
tür bir şebekeye bağlı bir senkron (eşzamanlı) elektrik motorunun birim zamandaki
dönme (devir) sayısı akımın frekans değerine eşittir. Bu nedenle senkron
motorlar zaman sayma işlevi üstlenebilir ve uygun dişli çarkların yardımıyla
bir saatin kollarını doğru hızlarda döndürebilir. Ama günümüzde kent şebekesinden
beslenen elektrikli saatlerin yerini pille çalışan kuvars kristalli saatler
almaktadır. Senkron saatler ise daha çok video aygıtlarında, merkezi ısıtma
programlayıcılarında ve kent şebekesinden beslenen öbür elektrikli aygıtlarda
kullanılmaktadır.
Sanayi ve ticarette merkezi sistemlerden yaygın olarak
yararlanılır. Bu sistemde zaman sayma düzeneği bir sarkaçtır. Sarkaç, sıradan
sarkaçlı saatlerde olduğu gibi bir dişli çarkı hareket ettirir. Bu çark her bir
tam dönüşünde bir mandalı serbest bırakır ve mandal düşerek sarkaca bir itme
sağlar. Bu mandal aynı zamanda bir elektromıknatısı da harekete geçirir;
elektromıknatıs mandalı üst konumuna geri döndürür ve dakika kolunu yarım
dakika ilerletir. Elektrik darbesi binadaki ana saate bağlı bütün öbür
saatlerin kollarını da eşzamanlı olarak ve aynı ölçüde hareket ettirir. Bu
sistemde elektrikten bir zaman sayma düzeneği olarak değil, elektromıknatısı
işletmek ve saat kollarını hareket ettirmek için yalnızca bir enerji kaynağı
olarak yararlanılır.
Kuvars Kristalli Saatler
Pille çalışan elektrikli
saatlerde, elektrik zaman sayma düzeneği olarak işlev görmez; bu işi bir
kuvars kristali yerine getirir. Kuvars bol bulunan bir mineraldir ve doğada çok
farklı biçimlerde bulunur. Saat yapımında kullanılan kristallerin çok
katışkısız, saf halde olması gerekir; bu kadar saf kristaller doğada pek
bulunmaz, bu nedenle de insanlarca yapay olarak üretilir. Belirli büyüklükteki
bir kuvars kristalinin doğal bir titreşim frekansı vardır. Saatlerde kullanılan
kristallerin frekansı yaklaşık 1. milyon hertzdir. Kuvars kristalin yüzeyine
elektrotlar (metal kontaklar) iliştirilirse, bir elektronik devrenin yardımıyla
kristaldeki titreşimler sayılabilir. Ama kristaldeki titreşim frekansı zaman
ölçümü açısından çok yüksektir; bu nedenle bu frekans elektronik ve mekanik
yöntemlerle azaltılır ve saat kollarını döndüren bir kademeli motora
uygulanır. Örneğin, bir kristalin 1 milyon hertzlik frekansı milyonda birine
indirgenerek saniyede 1 titreşim yapacak duruma getirilebilir. Kristal
titreşimleri o kadar düzenlidir ki, kuvars kristalli saatlerin bazıları 10
yılda yalnızca 1 saniye ileri gider ya da geri kalır.
Küçük
Mekanik Saatler ve Kol Saatleri
Masa,
cep ya da kol saati gibi küçük mekanik saatlerde, zaman sayacı olarak sarkaç
kullanılamaz; çünkü en küçük bir sarsıntı sarkacın çalışma düzenini ve ayarını
bozar. Bu nedenle bu tür saatlerde balans çarkı kullanılır.
Bu, sürekli olarak tek bir yönde dönmek yerine, yön değiştirerek önce bir yana,
sonra öbür yana dönerek hareket eden çember biçimli bir çarktır. Balans çarkı,
içeriden çok ince bir yaya, bazen pandül de denen balans yayı'na
tutturulmuştur. Balans çarkı belirli bir yönde dönerken balans yayı gerilir ya
da bir başka deyişle kendi üstüne "sarılır"; bu sırada çark da
yavaşlayıp durur ve yay sarımlarının açılmaya başlamasıyla birlikte çarkın
dönme yönü değişir. Balans çarkına herhangi bir enerji beslemesi olmazsa
çarkın salınımı, yani ileri- geri hareketi kısa bir süre sonra durur. İşte bu
enerjiyi
zemberek denen ve kurularak sıkıştırılan bir yay sağlar ve
zembereğin hareketi, sarkaçlı saatlerde olduğu gibi bir eşapmanın aracılığıyla
balans çarkına aktarılır.
Balans çarkının dengesi çok iyi ayarlanmalıdır (balans
sözcüğü Türkçe'ye "denge" anlamına gelen Fransızca bir sözcükten
geçmiştir). Merkezinden tutturulduğunda, çarkın hiçbir kesimi öbür bölümlerine
oranla daha ağır ya da daha hafif olmamalıdır. (Aynı durum otomobil
tekerlekleri için de geçerlidir ve bunun için tekerleklere "balans
ayarı"
yapılır.)
Balans çarkları genellikle saniyede 2,5 salınım, yani saatte 9.000 salınım
yapacak biçimde tasarımlanır (bu tür bir saatte 1 saniyede 5 "tik"
sesi duyulur). Balans çarkının hızı, balans yayının çalışma uzunluğunu
değiştirmeye yarayan küçük bir kolun yardımıyla ayarlanır. Yayın kısaltılması
çarkı hızlandırır ve saatin daha hızlı işlemesini sağlar; yayın uzatılması ise
saatin daha yavaş işlemesine neden olur.
Bu tür saatlerdeki eşapman maşasının bir ucunda,
eşapman çarkının dişlerine geçen iki tırnak bulunur; bu iki tırnak çarkın diş
diş dönmesini sağlar. Maşanın öbür ucu çatal biçimindedir ve bir pim
aracılığıyla balans çarkına tutturulmuştur. Böylece maşa balans çarkını belirli
aralıklarla iterek bu çarkın salınmasını sağlar, ayrıca ondan aldığı salınım
darbeleriyle balans çarkını itmeyi sürdürür. Maşanın balans çarkına
tutturulduğu pim, zor aşman, sürtünmeyi azaltmak için yüzeyi önemli ölçüde
perdahlanabilen bir değerli taş olan yakuttan yapılır.
Kuvars
kristalli bir kol saatinin mekanizmasına modül denir. Bu saatlerde
zaman sayma düzeneği, 32.768 hertzlik bir frekansla titreşen, kâğıt
inceliğinde bir yapay kuvars yaprağıdır. Saatin enerji kaynağı ise, yaşam
süresi en az bir yıl olan düğme pildir. Kuvars kristaline enerji, bir silisyum
mikroçipine yerleştirilmiş çok sayıdaki elektronik devre elemanından
(transistörler, dirençler ve sığaçlar) oluşan bir tümleşik (entegre) devre aracılığıyla
gönderilir. Bu tümleşik devre saatin "beyni" görevini görür ve
pilden aldığı enerjiyle kuvars kristalini titreşim halinde tutar. Her
titreşimde, kuvars kristali tümleşik devreye bir vuru gönderir; tümleşik devre,
"bölme" denen bir süreçle bu vuruları saniyede 1 vuruya indirger.
Saatin bundan sonraki mekanizması göstergenin tipine
bağlıdır: Örneksel tipteki saatin küçük bir kademeli motoru vardır. Kademeli
motor küçük bir elektromagnetik aygıttır ve motorun rotor denen bir döner
parçası vardır. Tümleşik devreden gelen her vurunun etkisiyle rotor döner ve
bu dönme hareketi bir dizi dişli aracılığıyla saatin kollarına iletilir.
Sayısal göstergeli saatlerde ise kademeli motor yoktur.
Örneksel saattekinden daha büyük olan tümleşik devre sıvı kristalli göstergeyi
denetler ve ona zamanı göstermesi için gerekli bilgiyi iletir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder