Evolução do Cronômetro Marítimo

[ESTRELADEDAVI]

Encontrei na Internet já faz algum tempo um artigo em PowerPoint, com o tema: "Evolution of the Marine Chronometer".
Obs.: Infelizmente no texto original não há menção ao autor, então não sei quem escreveu e não lembro mais em que site peguei.
Portanto friso que a única coisa que fiz foi traduzir e nada mais, se tiver algum erro de tradução peço desculpas desde já, bem, segue abaixo os trechos que achei mais interessantes:


A Competição Internacional

•   A nação que fornecesse uma solução para o problema da longitude teria uma grande vantagem comercial sobre os mares.
•   O Decreto da Rainha Anne e do Conselho de Longitude foi criado para estimular o interesse dos ingleses.
•   Os governos da França e Espanha ofereceram prêmios semelhantes.
•   Filipe de Portugal teve uma grande influência no desenvolvimento marítimo com o uso da bússola e da Estrela do Norte.
As importantes competições do século XVIII foram entre os franceses e os ingleses.


Harrison e o Decreto da Rainha Anne

•   John Harrison construiu o primeiro Cronômetro Marítimo de sucesso, H1 em 1735, em resposta ao Decreto da Rainha Anne cujo prêmio de 20.000 libras foi oferecido em 12 de novembro de 1713.
Seu desenvolvimento final, o H4, concluído em 1759, um mecanismo muito diferente, foi o primeiro Cronômetro Marítimo verdadeiro, capaz de suportar a navegação pelo mundo.


O Problema do Cronômetro

Harrison formulou os requisitos para um cronômetro marítimo. Este trabalho seguiu uma grande quantidade de raciocínio que precederam por 50 anos ou mais.


•   Primeiro, a máquina deve ser insensível à quantidade de energia disponível para conduzir o regulador.
•   Segundo, a máquina deve ser insensível à temperatura.
Terceiro, a máquina deve operar de forma confiável por longos períodos de tempo em condições adversas.

Estes requisitos se tornaram conhecidos como Princípios de Harrison e serviram de modelo para os novos trabalhos de fabricantes ingleses e franceses.


Energia e Isocronismo

•   Primeiro problema de Harrison foi resolvido de duas maneiras.
–   A energia da força motriz destinada ao regulador pôde ser mantida constante ao longo do tempo.
   Fuze, escapamentos destacado e remontoires foram as principais abordagens para este problema.
   O elegante escapamento de força constante foi o último desenvolvimento do conceito remontoire.
–   O regulador pode ser insensível a energia usada para dirigí-lo.
   Espirais isócronas foram a principal expressão da solução para o problema.


Temperatura

•   Segundo problema de Harrison também foi abordado a partir de duas direções. Na oscilação do balanço/mola o problema da temperatura é principalmente devido a mudanças na elasticidade da mola do balanço com a temperatura.
–   A compensação meio-fio é um dispositivo que muda o comprimento efetivo da mola em função da temperatura.
   Este método utilizado por Harrison foi dominante nos próximos 30 anos.
–   O saldo de compensação é um dispositivo que muda o momento de inércia do balanço em função da temperatura.
   O primeiro saldo compensatório de temperatura do balanço foi desenvolvido por Leroy em 1765 e na forma bi-metal comum foi patenteado por Arnold em 1775 e melhorado por Earnshaw alguns anos mais tarde.

   Ambas as abordagens foram finalmente aperfeiçoadas com a metalurgia na primeira metade do século XX.


Durabilidade

•   Os inimigos principais de durabilidade foram a deterioração do óleo, ferrugem e fadiga do metal ao longo do tempo.
•   Harrison falou sobre o problema com o uso de peças de pau-santo laminado, rolos anti-fricção e o escapamento Grasshopper.
•   Mais tarde Arnold utilizou espiral de ouro para evitar a ferrugem.
•   Melhorias contínuas no aço durante o século XIX produziram espirais e molas cada vez melhores.
•   A produção de Espirais de Paládio por Paillard resolveram tanto a ferrugem como o problema do magnetismo com a introdução do ferro que substituiu a madeira nos navios.
•   O último problema resolvido foi a deterioração do óleo. Finalmente resolvido com "Um prêmio" no início do século XX.


Paul Ditisheim
Foi o grande responsável pelo bom desenvolvimento dos modernos óleos sintéticos.


Larcum Kendall

•   Durante muito tempo Harrison teve dificuldade para convencer o Conselho de Longitude a pagar o seu prêmio em dinheiro. (Eventualmente o Rei ordenou que o parlamento o pagasse.)
•   A diretoria insistiu em saber todos os segredos de como fazer o mecanismo antes de atribuir o prêmio. Eles também acreditavam que o cronômetro era muito caro.
•   Harrison estava relutante em parte do que tinha aprendido e desenvolvido.
•   Ele concordou em treinar outro fabricante de cronômetro, Larcum Kendall, para tentar convencer o Conselho de que "um técnico no assunto" poderia fazer os cronômetros.
•   Kendall produziu uma cópia do H4 e mais dois em um design simplificado que teve um desempenho quase igual ao do H4.
K1 e K3 de Kendall foram usados pelo Capitão Cook nas suas viagens de descoberta. K2 estava em uso pelo Capitão. Como doação no momento do motim ele manteve-se nas ilhas Pitcairn pelos próximos 50 anos.


Remontoire de Mudge

•   Thomas Mudge inventou o mecanismo de escape de alavanca que foi dominante nos relógios de cronômetro até a introdução dos relógios elétricos a quartzo.
•   Mudge interrompeu sua carreira como maior fabricante de relógios para perseguir o prêmio e melhorar ainda mais os Cronômetros Marítimos.
•   O "Verde" e "Azul" representam o último desenvolvimento do conceito remontoire.
•   Filho de Mudge encomendou vários cronômetros adicionais para o projeto de seu pai.
–   Os cronômetros construídos por Kendall custaram 250,00 Libras e Kendall percebeu que não poderia ter lucro a esse preço sob essa condição parou a produção.
–   Thomas Mudge Jr. concordou em ser fornecedor para o projeto de Mudge por 150,00 Libras.
Arnold e Earnshaw estavam preparados para vender os seus mecanismos por 80,00 Libras.


Pierre LeRoy e a Escola
Francesa

•   Pierre LeRoy inventou o escapamento de retenção em 1765.
•   LeRoy forneceu uma solução para o equilíbrio termométrico compensado, teoricamente perfeita para o problema de compensação da temperatura.
•   LeRoy estava em uma competição feros com Ferdinand Berthoud e ambas as análises publicaram a íntegra de seu trabalho.
As obras de F. Berthoud, L. Berthoud, Breguet e Motel deram continuidade a uma tradição de cronômetros de elevado nível artístico, porém, impraticavelmente caros.


Cronômetro Marítimo de
Pierre Le Roy

O Cronômetro de Pierre LeRoy teve desempenho teórico igual do H4, fazendo sucesso pela sua praticidade. Ele se encontra no Museu Nacional de Artes e Ciências em Paris.

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Fabricação de Marítimos de
Ferdinand Berthoud

Berthoud fez uma série de cronômetros que eram versões melhoradas do projeto básico de Harrison. Mais tarde, ele fez cronômetros com roda de escape assim como seu sobrinho Louis Berthoud.


John Arnold e Thomas Earnshaw

•   Arnold inventou um cronômetro dotado de um escape articulado vários anos depois de Leroy.
•   Arnold inventou o balanço bi-metálico com compensação de temperatura.
•   Arnold inventou a mola helicoidal e bobinas de terminal.
•   Earnshaw concebeu o uso de uma mola plana no lugar do pivô de escape de Arnold.
•   Earnshaw concebeu a laminação do cobre e componentes de aço do balanço bi-metálico.
Arnold inventou uma forma menos complicada de escape de retenção. Houve considerável controvérsia sobre quem teria e precedência.


Cronômetros Práticos

•   Dezenas de fabricantes ingleses entraram na competição no início do século XIX do prêmio anual de cronômetro, para se tornar fornecedor do Ministério da Marinha.
Isso estimulou uma intensa competição com novidades que logo resolveram essencialmente todos os problemas de ajuste de isocronismo e temperatura.


Um Equilíbrio Mais Perfeito

•   O problema que assolou os fabricantes no meio do século XIX foi o erro na esfera da temperatura média. Mesmo que este problema tenha sido resolvido por LeRoy em 1765, a solução com o termômetro não tinha sobrevivido na prática.
•   Muitos esquemas foram criados usando paradas e formas estranhas com sistemas bi-metálicos. Experimentos foram realizados utilizando vidro para obter o equilíbrio na mola.
•   O uso de termômetros de mercúrio para a compensação auxiliar foi re-inventada na década de 1870, 100 anos após a primeira utilização de Leroy.
Entretanto, a esperada solução definitiva veio com a descoberta do níquel, liga do ferro e Invar e Elinvar além de uma série de outras formulações no início do século XX.


O Problema da Variação da Temperatura

•   A mola perde a elasticidade quando a temperatura sobe (também dilata um pouco)
–   Isso faz com que a oscilação do balanço decline.
–   Um equilíbrio normal se expande com o aumento da temperatura, que também provoca uma oscilação branda do balanço.
•   Um balanço bi-metálico diminui seu raio com o aumento da temperatura.
–   Isso faz com que a oscilação do balanço pare de acelerar.
•   Infelizmente, esses dois fenômenos não tem a mesma forma em função da temperatura.
Portanto, o período em função da temperatura só vai estar correto em duas temperaturas.


O Problema da Variação da Temperatura

Infelizmente, esses dois fenômenos não tem a mesma forma, porque a inércia do balanço vai pelo quadrado do raio.


Solução para as Variações de Temperatura

•   Compensação Descontínua.
–   A parada mecânica inibe o movimento do balanço tanto no calor ou frio.
•   Compensação Não linear.
–   Um sistema bi-metálico secundário corrige parcialmente a função do balanço bi-metálico.
•   Compensação Termométrica.
–   Termômetros de vidro substituem ou complementam a função do balanço bi-metálico.
•   Compensação Material Inerente (Metarlugia).
–   O material da espiral é insensível à temperatura (Elinvar).
O material do balanço tem uma curva de equilíbrio de expansão que coincide com a espiral (Guillaume).


A Era de Ouro 1880 até 1910

•   Springers e Ajustadores tornaram-se as estrelas da indústria na década de 1880.
•   Kullberg, Johannsen, Walsh, e a família Frodsham assumiram a liderança da indústria britânica de cronômetros.
•    Ditisheim, Paillard, e Nardin lideraram o desenvolvimento da indústria suíça de cronômetros.
Lange iniciou o desenvolvimento de uma indústria alemã de cronômetro em Glasshutte.


O Declínio da Indústria de Cronômetro

•   A partir de 1920 houve uma alavancada dos relógios de pulso que passaram a competir pelo gosto da população.
•   A longa paz entre 1914 a 1933 e um grande estoque de cronômetros levou a dificuldades econômicas.
A escassez de fabricantes e o bloqueio Atlântico criaram uma crise durante a Segunda Guerra Mundial.


Renascimento na Segunda Guerra Mundial

•   A Marinha dos EUA emitiu um pedido de produção em massa de Cronômetros Marítimos no início da Segunda Guerra Mundial.
•   Hamilton desenvolveu um novo design baseado e inspirado no ebauche da Suíça Nardin usando um novo projeto de balanço, espiral e escape.
•   Elgin desenvolveu um novo design com características especiais para a manutenção usando o comprovado Balanço de Guillaume.
•   A Elgin falhou nos testes de compra e não foi utilizado pela Marinha. Foram vendidos em pequenas quantidades para uso civil depois da guerra.
Um grande número de relógios de bolso foram acabados e ajustados para uso na navegação.


Satélites e a Solução Final para o Problema da Longitude

•   Sistema de Posicionamento Global por Satélite é a solução definitiva para o problema de navegação. Os satélites permitem a posição de um observador a ser determinado pela "triangulação" de um conjunto de objetos estabelecidos no céu.
GPSS é estranhamente semelhante a uma das "propostas insanas" trazidas a Comissão de Longitude no início do século XVIII. A idéia era implantar navios estação do outro lado do oceano que soltariam foguetes no céu para os navios observarem e determinarem a sua posição.

Abraços

Weber

[VIP]

legal 

[Tomas]

   
    Muito boa a matéria!!!! rica informação, valeu obrigado.

abraços Tomas

[Wadley]

Weber,

Sobre o sistema GPS, o mais interessante não são os satélites, e sim os relógios atômicos que estão ligados no sistema.  Ou seja, a base do sistema GPS são os RELÓGIOS atômicos.......   Veja que é o mesmo principio teórico estabelecido por John Harisson....

[Cigano]

Caro Estrela, muito legal essa aula, li meio por cima porém favoritada para uma leitura mais interpretativa !!

Obrigado por compartilhar!!