SAAT,Mekanik Saatler,Elektrikli Saatler,Kuvars Kristalli Saatler,Küçük Mekanik Saatler ve Kol Saatleri,Kuvars Kristalli Kol Saatleri,

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 Kol Saatleri

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.