Đồng hồ là một công cụ để đo đạc những mốc thời gian nhỏ hơn một ngày; đối lập với lịch, là một công cụ để đo thời gian dài hơn một ngày. Những loại đồng hồ dùng trong kĩ thuật thường có độ chính xác rất cao và cấu tạo rất phức tạp. Trong khi đó, người ta có thể tạo ra những loại đồng hồ nhỏ để dễ dàng mang theo bên mình (gọi là đồng hồ đeo tay). Những loại đồng hồ hiện đại (từ thế kỉ 14 trở đi) thường thể hiện ba thông tin: giờ, phút, giây.
Nguồn gốc lịch sử
Một mô hình đồng hồ đầu tiên của Trung Hoa, sử dụng nhang để báo giờ Stonehenge, một trong những đồng hồ mặt trời được biết đến đầu tiên
Chúng ta nói về thời gian mỗi ngày. Chúng ta tính nó bằng giây, phút, giờ, ngày, tháng, năm, thập kỷ, thế kỷ và thiên niên kỷ. Trước khi chưa có phát minh về đồng hồ, con người sử dụng nhiều thứ khác nhau để tính thời gian như: nhang, đèn cầy, lịch. Con người còn sử dụng mặt trời, cát để chia một ngày ra thành nhiều giờ. Đồng hồ như chúng ta biết đến ngày nay được phát triển bởi những người sùng đạo ở châu Âu vào thế kỷ thứ 17. Họ cần biết thời gian chính xác để gặp nhau tại nhà thờ. Người Trung Quốc phát minh ra đồng hồ nước vào thế kỷ thứ 17, nhưng người Ai Cập cổ đại đã có chúng trước đó lâu rồi. Vào những thập niên 1700, con người đã có đồng hồ treo tường và đồng hồ đeo tay, chính xác đến từng phút.
Đồng hồ mặt trời, đồng hồ cát, nhang và đèn cầy đồng hồ là một trong những phát minh cổ nhất của con người, khi con người có yêu cầu xác định một tiến trình xảy ra trong một khoảng thời gian mau hay nhanh. Trong khi Mặt Trăng và các ngôi sao có thể được sử dụng để đo những khoảng thời gian dài thì những khoảng thời gian ngắn lại là một vấn đề khác. Một trong những giải pháp đầu tiên mà con người biết đến là đồng hồ mặt trời, nhưng chỉ có thể để đo những khoảng thời gian nhỏ vào ban ngày bằng cách sử dụng bóng của Mặt Trời chiếu lên qua những cột mốc.
Về sau, đèn cầy và các loại nhang được sử dụng để đo thời gian. Khoảng thời gian để chúng cháy hết xấp xỉ bằng nhau và thường được dùng để ước tính thời gian.
Ngoài ra còn có những loại đồng hồ cát. Ở đó, cát mịn được cho chảy qua một cái lỗ nhỏ ở một tốc độ nhất định từ đó xác định một khoảng thời gian. Đồng hồ nước
Sử gia Vitruvius ghi chép lại rằng ở Ai Cập cổ đại, người ta sử dụng những loại đồng hồ nước có tên là clepsydra. Herodotus cũng đã đề cập đến một dụng cụ đo thời gian khác của người Ai Cập hoạt động nhờ thủy ngân. Những tài liệu về đồng hồ nước cũng được tìm thấy ở nhiều nơi trên bán đảo Ả Rập, Trung Quốc và Hàn Quốc.
Những loại đồng hồ cơ học đầu tiên
Đồng hồ Big Ben ở thủ đô London, Anh có kim giờ dài 1,63 m trong khi kim phút dài 4,3 m
Tuy không còn bất kì chiếc đồng hồ nào sót lại từ thời Trung cổ nhưng những văn bản ghi chép của nhà thờ cũng một phần nào nói lên bí mật về lịch sử của đồng hồ.
Tín ngưỡng vào thời Trung cổ bắt buộc phải sử dụng đồng hồ để đo đạc thời gian vì trong nhiều thế kỉ, buổi cầu nguyện hàng ngày và công việc đều được quy định chặt chẽ. Do đó người ta có thể đã sử dụng những công cụ như đồng hồ nước, đồng hồ mặt trời và nến kết hợp với những dụng cụ khác để báo hiệu như chuông nhờ một những cơ cấu cơ học đơn giản trong đó sử dụng quả nặng. Do đó, những loại đồng hồ đâu tiên không sử dụng kim nhưng sử dụng âm thanh làm tín hiệu.
Vì vậy, trong nhiều ngôn ngữ hiện đại, từ “đồng hồ” có nguồn gốc từ tiếng Latin cloca có nghĩa là “chuông”.
Cấu trúc cơ học mới cho đồng hồ
Ở khoảng giữa những năm 1280 và 1320, những tư liệu của nhà thờ về những loại dụng cụ để đo thời gian tăng lên. Điều này có thể thể hiện một cấu trúc đồng hồ mới được thiết kế ở thời kì này: bao gồm một hệ thống những quả nặng kết hợp với những con quay. Năng lượng được trong đồng hồ được điều khiển bởi những cấu trúc gọi là “hồi”.
Những dụng cụ cơ khí được áp dụng vào đồng hồ vì hai lí do chính: để đánh dấu, báo hiệu thời gian và về sau là đánh dấu sự chuyển động của các thiên thể. Nhu cầu đầu tiên là vì sự tiện lợi trong quản lý, còn nhu cầu sau dành cho những môn khoa học, thiên văn học, và mối quan hệ giữa chúng với tôn giáo. Những đồng hồ đầu tiên thường được đặt ở những tòa tháp chính, không cần thiết có kim nhưng chỉ cần có khả năng báo hiệu giờ. Những chiếc đồng hồ phức tạp khác cũng xuất hiện và có kim để chỉ giờ và cả một cơ cấu tự động.
Vào năm 1283, một chiếc đồng hồ được lắp đặt ở Dunstable Priory, điều đáng chú ý ở đây là nó là chiếc đồng hồ được người ta cho là đồng hồ cơ khí không sử dụng sức nước đầu tiên. Vào năm 1292, một chiếc đồng hồ tương tự được cho là đã được lắp đạt ở nhà thờ Canterbury. Năm 1322, một cái khác được lắp đặt ở Norwich. Công trình như trên đòi hỏi công sức của hai người thợ lành nghề trong vòng 2 năm.
Những bộ phận của đồng hồ cơ
Hầu hết những loại đồng hồ từ thế kỉ 14 đến nay đều có những bộ phận chính như sau:
* nguồn năng lượng, lúc trước là một con lắc (nguồn năng lượng không bao giờ là con lắc, năng lượng của nó rất nhỏ), về sau là dây cót
* hồi, một cơ cấu được thiết kế sao cho năng lượng thoát ra từ từ chứ không thoát ra tất cả cùng lúc, cơ cấu của hồi ban đầu là con lắc đơn (trong các đồng hồ quả lắc), sau đó là con lắc xoay nằm ở tâm một lò xo mảnh và nhẹ (trong các đồng hồ quả quýt và đồng hồ đeo tay), rồi là tinh thể thạch anh, và các cơ cấu tinh vi hơn…
* hệ thống bánh răng, có nhiệm vụ điều khiển và truyền chuyển động từ nguồn đến bộ phận hiển thị
* hệ thống hiển thị, bao gồm kim, chuông,…
Những cải tiến
Những người thợ làm đồng hồ đã cải tiến phát minh của mình dưới nhiều hình thức khác nhau. Thiết kế những loại đồng hồ càng lúc càng nhỏ dần dần trở thành một thách thức lớn, bởi vì họ còn phải bảo đảm tính chính xác và bền bỉ của đồng hồ. Đồng hồ có thể là một tác phẩm nghệ thuật của một nghệ sĩ tài năng nhưng cũng có thể được sản xuất hàng loạt để sử dụng trong nhà.
Đầu tiên, hệ thống dây cót được phát triển vào thế kỉ 15, và đó đã trở thành một thách thức mới cho những người thợ làm dồng hồ.
Kim phút xuất hiện đầu tiên ở đồng hồ vào năm 1475, được nhắc đến trong Almanus Manuscript của nhà tu Paul.
Trong suốt thế kỉ 15 và 16, nghệ thuật làm đồng hồ phát triển ở những thị trấn như Nürnberg, Augsburg, Blois. Một số đồng hồ chỉ có một kim và bề mặt đồng hồ được chia làm 4 khoảng để người đọc dễ dàng theo dõi đồng hồ. Một hệ thống hồi hoàn chỉnh được thiết kế bởi Jobst Burgi vào năm 1585. Những chiếc đồng hồ chính xác của ông đã giúp Johannes Kepler và Tycho Brahe quan sát thiên văn với độ chính xác cao hơn.
Kim giây xuất hiện vào khoảng năm 1560 trong bộ sưu tập của Fremersdorf. Tuy nhiên nó hoạt động không được chính xác lắm, và kim giây chỉ giúp cho chúng ta nhận ra rằng đồng hồ vẫn còn hoạt động.
Vào năm 1653, Galileo Galilei phát minh ra con lắc dẫn đến sự ra đời của đồng hồ quả lắc do Christiaan Huygens chế tạo. Ông đã xác định nếu con lắc có độ dài là 99,38 cm thì một chu kì của nó sẽ là đúng 1 giây. Vào năm 1670, William Clement phát minh ra hệ thống hồi dạng mỏ neo giúp nâng độ chính xác. Từ đó, kim phút và kim giây xuất hiện ở hầu hết những loại đồng hồ.
