ความรู้เรื่อง กำเนิดนาฬิกา

ชีวิตประจำวันของเราเต็มไปด้วยกิจธุระที่ต้องไปโน่นมานี่ ทั้งหมดนี้ล้วนแต่ต้องทำอย่างเที่ยงตรง ชีวิตและวันเวลาของเราจึงต้องถูกการวางแผนและกำหนดเวลาซึ่งจะเกิดขึ้นได้ก็ ด้วยนาฬิกา      ไม่ปรากฏวันเวลาที่แน่นอนว่า การประดิษฐ์อุปกรณ์บอกเวลาเรือนแรกเกิดขึ้นเมื่อใด แต่จุดกำเนิดของเครื่องบอกเวลานั้นนับย้อนไปได้ถึงห้าหรือหกพันปีก่อน เมื่อมีการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ในตะวันออกกลางและแอฟริกาเหนือ ชาวอียิปต์เมื่อ ๓,๕๐๐ ปีก่อนคริสตกาลมีอุปกรณ์บอกเวลาในรูปของแท่งหินสูงสี่เหลี่ยมยอดปิระมิด ซึ่งจะทอดเงาลงบนทรายบอกเวลาที่ผ่านไป ในช่วงเวลาเดียวกันนั้นก็มีการใช้นาฬิกาแดดด้วย นาฬิกาแดดประกอบด้วยแผ่นโลหะทรงกลมมีส่วนนูนลาดเอียงขึ้นมาจากตรงกลางเมื่อ ดวงอาทิตย์เคลื่อนไป เงาที่ตกลงบนแผงหน้าปัดจะเป็นตัวบอกเวลา ทุกวันนี้ก็ยังมีการใช้นาฬิกาแดดอยู่บ้าง ในปี ๑,๕๐๐ ก่อนคริสตกาล ชาวอียิปต์ได้ประดิษฐ์นาฬิกาแดดที่พกพาติดตัวขึ้นมา ซึ่งเป็นบรรพบุรุษของนาฬิกาในปัจจุบัน  ยังไม่มีการใช้คำว่า นาฬิกา (clock) จนกระทั่งศตวรรษที่สิบสี่ความหมายของนาฬิกาในยุคนั้นยังไม่ใช่ความหมายที่เรารู้จักกันในปัจจุบัน แต่หมายถึง ระฆัง (bell) หรือ เครื่องส่งสัญญาณเตือนภัย (alarm) ขณะที่นาฬิกาเรือนแรกไม่มีกลไกอยู่ข้างใน ทว่าสามารถทำหน้าที่บางอย่างของนาฬิกาในปัจจุบันได้แม้จะไม่เที่ยงตรง เช่น นาฬิกาปลุกเรือนแรกซึ่งนับย้อนไปได้ถึงยุคโบราณมีการออกแบบง่าย ๆ เวลาปลุกนั้นก็นำตะปูมาเสียบไว้ในแท่งเทียนไขตรงชั่วโมงที่ต้องการเมื่อ เทียนไขลุกไหม้ลงมาถึงจุดที่ตะปูเสียบอยู่ ตะปูก็จะหล่นลงบนถาดสังกะสีข้างล่าง ปลุกผู้ใช้ให้ตื่นขึ้น

     นาฬิกาน้ำเป็นอีกหนึ่งวิธีซึ่งคนโบราณใช้ดูเวลา โดยมีหลักการทำงานง่าย ๆ คือ ปล่อยน้ำให้หยดลงในภาชนะ ซึ่งจะค่อย ๆ ทำให้ทุ่นที่อยู่ข้างในลอยขึ้นไปตามขีดบอกเวลา นาฬิกาเรือนเก่าแก่ที่สุดค้นพบในสุสานของ ฟาโรห์อเมนโฮเทปที่ ๑ (Amenhotep I)
     นาฬิกาเรือนแรกที่มี ตัวเกาะฟันเฟือง (escapements) ยัง ไม่เกิดขึ้นกระทั่ง ปี ๑๒๘๕ ตัวเกาะฟันเฟืองคือ กลไกซึ่งเคลื่อนที่ด้วยจังหวะสม่ำเสมอและผลักเฟืองให้ขยับไปข้างหน้าด้วย อัตราที่เท่ากัน หอนาฬิกาบอกเวลาแห่งแรกเกิดขึ้นในมิลานเมื่อราว ค.ศ. ๑๓๓๕ เป็นนาฬิกามีเข็มเพียงอันเดียวคือ เข็มชั่วโมง ความเที่ยงตรงของเวลาที่บอกก็ยังไม่สม่ำเสมอ
ในปี ๑๕๑๐ การประดิษฐ์นาฬิกาจึงได้รับการปรับปรุงโดยชาวเยอรมัน ปีเตอร์ เฮนเรียน แห่งนูเรมเบิร์ก (Peter Henlien of Nuremberg) ซึ่งคิดค้นนาฬิกาที่ใช้ระบบลวดสปริง แม้นาฬิกานี้จะมีความเที่ยงตรงมากขึ้น แต่ก็ยังมีปัญหาเดินช้าลงเมื่อ ลวดสปริงเส้นหลัก (mainspring) คลายตัวออกรูปแบบของนาฬิกาได้รับการปรับปรุงโดย จาคอป เชค (Jacob Zech) แห่งปราก ซึ่งใช้ลูกรอกขดลวดมาถ่วงให้แรงดึงของลวดสปริงมีสมดุลแม้จะมีพยายามเพิ่ม ความเที่ยงตรงให้กับอุปกรณ์บอกเวลา แต่นาฬิกาก็ยังทำงานด้วยเข็มเพียงเข็มเดียว
โจสท์ เบอร์จี
Jost Burgi, Swiss inventor of logarithms
ในปี ๑๕๗๗ ช่างนาฬิกาชาวสวิตเซอร์แลนด์ โจสท์ เบอร์จี (Jost Burgi ค.ศ. ๑๕๖๔-๑๖๔๒)  ประดิษฐ์นาฬิกาที่มีเข็มเรือนแรกขึ้น แต่เข็มนาทีนี้ยังใช้งานจริงไม่ได้  กระทั่งมีการคิดค้นนาฬิกาที่ทำงานด้วยระบบลูกตุ้มขึ้นในปี  1656 
ต้นทศวรรษที่ 1580 นักประดิษฐ์ชาวอิตาลี  กาลิเลโอ กาลิเลอี  ( Galileo Galilei ค.ศ. 1564-1642 ) ผู้ ช่างสังเกตและปราดเปรื่องเกิดแรงบันดาลใจจะประดิษฐ์นาฬิกาลูกตุ้มเรือนแรก ขึ้น หลังพบว่าจังหวะการแกว่งของลูกตุ้มจะเท่ากับจำนวนของเวลาเสมอ เขากับลูกชายวินเซนโซ (Vincenzo ค.ศ. ๑๕๒๐-๑๕๙๑) เริ่มออกแบบและหาแม่แบบซึ่งเหมาะสมที่สุดโดยยึดหลักการดังกล่าวเป็นหลัก ทว่าโชคร้ายนักยังไม่ทันจะได้สร้างนาฬิกาตามแม่แบบที่คิดกันไว้ กาลิเลโอกลับล้มป่วยและเสียชีวิตลง อย่างไรตาม ลูกชายของกาลิเลโอ ไม่ได้ปล่อยให้วิสัยทัศน์ของบิดาผ่านไปโดยสูญเปล่าและประดิษฐ์ผลงานต้นแบบ ขึ้นในปี ๑๖๔๙
กาลิเลโอ
แนวคิดของกาลิเลโอ ได้รับการพัฒนาให้สมบูรณ์ในปี ๑๖๕๖ โดยนักคณิตศาสตร์ชาวดัตซ์ คริสเตียน ฮูเจนส์ (Chirstiaan Huygens ค.ศ. ๑๖๒๙-๑๖๙๕) ผู้คิดประดิษฐ์นาฬิกาลูกตุ้มถ่วงน้ำหนักให้เข็มเดินขึ้นเป็นเรือนแรก การประดิษฐ์นี้ทำให้ความพยายามที่จะรักษาเวลาบนหน้าปัดนาฬิกาเที่ยงตรงอยู่ ตลอดเวลาเป็นไปได้ แม้นาฬิกาจะยังทำงานด้วยระบบเข็มเดียว ครั้นพอปี ๑๖๘๐ เข็มนาฬิกาก็ปรากฏกายขึ้นบนหน้าปัดนาฬิกา
นาฬิกา ควอตซ์
ในปี ๑๘๘๙ ชีกมุนด์ รีเฟอร์(Siegmund Riefler) ได้ สร้างนาฬิกาลูกตุ้มที่มีความเที่ยงตรงภายในหนึ่งส่วนร้อยของวินาที ก่อให้เกิดการประดิษฐ์นาฬิกาที่ใช้ลูกตุ้มสองอันตามมาติด ๆ ในปี ๑๙๒๑ โดยดับเบิลยู.เอช. ช็อตต์ (W. H. Short นาฬิกานี้ทำงานโดยลูกตุ้มหลักกับลูกตุ้มรอง มีความคลาดเคลื่อนเทียงเศษหนึ่งส่วนพันวินาทีต่อวัน
    ขณะที่นาฬิกา ควอตซ์ (quartz) เริ่มเข้ามาแทนที่นาฬิกาลูกตุ้มในช่วงทศวรรษที่ ๑๙๓๐ และ ๑๙๔๐ แต่ก็ยังมีการใช้นาฬิกาลูกตุ้มอยู่ในปัจจุบัน เพราะนาฬิกาลูกตุ้มรุ่นคุณปู่เป็นของเก่าที่น่าสะสม
    นาฬิกาควอตซ์มีการทำงานพื้นฐานมาจากคุณสมบัติทำให้เกิดไฟฟ้าของผลึกแก้ว เมื่อนำมาวางในสนามพลังไฟฟ้า ผลึกแก้วจะเปลี่ยนรูปทรง ในทางกลับกัน เมื่อบีบหรือหักผลึกแก้ว จะได้สนามพลังไฟฟ้ากลับมาเช่นกัน เมื่อเอาผลึกแก้วไปเชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็จะทำให้ผลึก แก้วสั่น เกิดเป็นคลื่นความถี่ต่อเนื่องส่งให้นาฬิกาทำงาน เนื่องจากมีความถูกต้องและราคาไม่สูง นาฬิกาควอตซ์จึงกลายเป็นอุปกรณ์บอกเวลาอันดับแรกที่ผู้คนนิยมใช้กัน
    แม้จะยังได้รับความนิยมอยู่เป็นจำนวนมากในปัจจุบันนี้ แต่ความเที่ยงตรงอันโดดเด่นของนาฬิกาควอตซ์ก็ตกเป็นรองนาฬิกาปรมาณู (atomic clock) ซึ่งมีความเที่ยงตรงสูงมากไปเสียแล้ว
 ขอขอบคุณบทความจาก ฟิสิกส์ราชมงคล เว็ปไซต์การเรียนรู้รายวิชาฟิสิกส์ ผ่านเครือข่ายอินเตอร์เน็ต




ที่มา http://atcloud.com/stories/62491