John Harrison
gigatos | 2 marca, 2022
John Harrison (3. apríla 1693 – 24. marca 1776) bol anglický stolár a hodinár, ktorý vynašiel námorný chronometer, dlho hľadané zariadenie na riešenie problému výpočtu zemepisnej dĺžky na mori.
Harrisonovo riešenie znamenalo revolúciu v navigácii a výrazne zvýšilo bezpečnosť cestovania na dlhé vzdialenosti. Problém, ktorý vyriešil, bol po námornej katastrofe na ostrove Scilly v roku 1707 považovaný za taký dôležitý, že britský parlament ponúkol na základe zákona o zemepisnej dĺžke z roku 1714 finančnú odmenu až do výšky 20 000 libier (čo v roku 2022 predstavuje 3,22 milióna libier).
John Harrison sa narodil v meste Foulby v grófstve West Riding of Yorkshire ako prvé z piatich detí v rodine. Jeho nevlastný otec pracoval ako tesár na neďalekom panstve Nostell Priory. Na dome na mieste, ktoré mohlo byť rodinným domom, je modrá pamätná tabuľa.
Harrison postavil svoje prvé dlhé hodiny v roku 1713, keď mal 20 rokov. Mechanizmus bol celý vyrobený z dreva. Zachovali sa tri z Harrisonových raných drevených hodín: prvé (1713) sa nachádzajú v zbierke Worshipful Company of Clockmakers, predtým v londýnskej Guildhall a od roku 2015 sú vystavené v Múzeu vedy. Druhý (a tretí (1717) sa nachádza v Nostell Priory v Yorkshire, na ciferníku je nápis „John Harrison Barrow“. Exemplár z Nostellu, ktorý sa nachádza v biliardovej miestnosti tohto majestátneho sídla, má viktoriánsku vonkajšiu skrinku, ktorá má na každej strane pohybu malé sklenené okienka, aby sa dalo skontrolovať drevené fungovanie.
Harrison bol mužom mnohých schopností, ktoré využíval na systematické zlepšovanie výkonu kyvadlových hodín. Vynašiel mriežkové kyvadlo, ktoré pozostávalo zo striedajúcich sa mosadzných a železných tyčí zostavených tak, aby sa tepelné rozpínanie a zmršťovanie v podstate navzájom vyrušilo. Ďalším príkladom jeho vynálezcovskej geniality bol kobylkový spúšťací mechanizmus – ovládacie zariadenie na postupné uvoľňovanie hnacej sily hodín. Vyvinul ho z kotvového spúšťacieho mechanizmu, ktorý bol takmer bez trenia a nevyžadoval mazanie, pretože palety boli vyrobené z dreva. To bola dôležitá výhoda v čase, keď sa mazadlám a ich degradácii málo rozumelo.
Pri svojej predchádzajúcej práci na námorných hodinách Harrisonovi neustále finančne aj inak pomáhal George Graham, hodinár a výrobca nástrojov. Harrisona s Grahamom zoznámil kráľovský astronóm Edmond Halley, ktorý Harrisona a jeho prácu podporoval. Táto podpora bola pre Harrisona dôležitá, pretože mal údajne problémy so súvislým vyjadrovaním svojich myšlienok.
Bolo navrhnutých mnoho nápadov, ako určiť zemepisnú dĺžku počas námornej plavby. Skoršie metódy sa pokúšali porovnať miestny čas so známym časom na referenčnom mieste, ako je Greenwich alebo Paríž, na základe jednoduchej teórie, ktorú ako prvý navrhol Gemma Frisius. Metódy sa opierali o astronomické pozorovania, ktoré boli závislé od predvídateľnosti pohybov rôznych nebeských telies. Takéto metódy boli problematické, pretože bolo ťažké presne odhadnúť čas na referenčnom mieste.
V 20. rokoch 17. storočia vynašiel anglický hodinár Henry Sully námorné hodiny, ktoré boli určené na určovanie zemepisnej dĺžky: mali podobu hodín s veľkým vyvažovacím kolesom, ktoré bolo vertikálne uložené na trecích valčekoch a poháňané trecím spúšťacím mechanizmom typu Debaufre. Veľmi netradične sa oscilácie závažia ovládali pomocou závažia na konci otočnej horizontálnej páky, ktorá bola k závažiu pripojená šnúrou. Týmto riešením sa predišlo teplotnej chybe spôsobenej tepelnou rozťažnosťou, čo je problém, ktorý postihuje oceľové vyvažovacie pružiny. Sullyho hodiny ukazovali presný čas len za pokojného počasia, pretože kmitanie závažia ovplyvňovalo nakláňanie a nakláňanie lode. Jeho hodiny však boli jedným z prvých vážnych pokusov o zistenie zemepisnej dĺžky týmto spôsobom. Harrisonove stroje, hoci sú oveľa väčšie, majú podobné usporiadanie: H3 má vertikálne umiestnené vyvažovacie koleso a je spojené s ďalším kolesom rovnakej veľkosti, čo eliminuje problémy vyplývajúce z pohybu lode.
V roku 1716 Sully predložil svoj prvý Montre de la Mer francúzskej Académie des Sciences a v roku 1726 publikoval Une Horloge inventée et executée par M. Sulli.
Harrisonovi trvalo päť rokov, kým zostrojil svoje prvé námorné hodiny (alebo H1). Predviedol ich členom Kráľovskej spoločnosti, ktorí sa v jeho mene vyjadrili pred Radou pre zemepisnú dĺžku. Hodiny boli prvým návrhom, ktorý rada považovala za hodný skúšky na mori. V roku 1736 sa Harrison plavil do Lisabonu na lodi HMS Centurion pod velením kapitána Georgea Proktora a vrátil sa na lodi HMS Orford po tom, ako Proktor 4. októbra 1736 v Lisabone zomrel. Hodiny stratili čas počas plavby tam a späť. Na spiatočnej ceste však fungovali dobre: kapitán aj kapitán lode Orford ich konštrukciu chválili. Kapitán poznamenal, že jeho vlastné výpočty umiestnili loď šesťdesiat míľ východne od skutočného miesta pristátia, ktoré Harrison správne predpovedal pomocou H1.
Na týchto tretích „morských hodinách“ pracoval Harrison sedemnásť rokov, ale napriek všetkej snahe nefungovali presne tak, ako by si želal. Problém spočíval v tom, že Harrison úplne nerozumel fyzike pružín používaných na ovládanie vyvažovacích kolies, a preto časovanie kolies nebolo izochrónne, čo ovplyvnilo ich presnosť. Inžiniersky svet mal úplne pochopiť vlastnosti pružín pre takéto aplikácie až o ďalšie dve storočia. Napriek tomu sa tento experiment ukázal ako veľmi cenný, pretože sa z jeho konštrukcie veľa naučili. Harrison v tomto stroji určite zanechal svetu dva trvalé odkazy – bimetalový pás a klietkové valčekové ložisko.
Hodinky „Jefferys“
Už začiatkom 50. rokov 17. storočia navrhol presné hodinky pre vlastnú potrebu, ktoré pre neho vyrobil hodinár John Jefferys približne v rokoch 1752 – 1753.Tieto hodinky obsahovali nový trecí spúšťací mechanizmus a boli nielen prvými hodinkami s kompenzáciou teplotných zmien, ale aj prvými miniatúrnymi „pohyblivými poistkami“ Harrisonovej konštrukcie, ktoré umožňovali, aby hodinky pokračovali v chode aj počas naťahovania. Tieto vlastnosti viedli k veľmi úspešnému fungovaniu hodiniek „Jefferys“, ktoré Harrison začlenil do návrhu dvoch nových časomeračov, ktoré navrhol postaviť. Tieto hodinky mali podobu veľkých hodiniek a ďalších hodiniek menších rozmerov, ale podobného vzoru. Zdá sa však, že boli dokončené len väčšie hodinky č. 1 (alebo „H4“, ako sa niekedy nazývajú) (pozri odkaz na „H4“ nižšie). s pomocou niektorých najlepších londýnskych robotníkov pokračoval v navrhovaní a výrobe prvých úspešných námorných časomeračov na svete, ktoré umožňovali navigátorovi presne odhadnúť polohu lode v zemepisnej dĺžke. Dôležité bolo, že Harrison všetkým ukázal, že sa to dá urobiť pomocou hodiniek na výpočet zemepisnej dĺžky. Malo to byť Harrisonovo majstrovské dielo – krásny prístroj pripomínajúci nadrozmerné vreckové hodinky z tohto obdobia. Je na ňom vyrytý Harrisonov podpis, označenie číslo 1 a dátum AD 1759.
Harrisonove prvé „námorné hodinky“ (teraz známe ako H4) sú umiestnené v strieborných párových puzdrách s priemerom približne 13 cm. Strojček hodín je na toto obdobie veľmi zložitý a pripomína zväčšenú verziu vtedy bežného strojčeka. Vinutá oceľová pružina v mosadznom hlavnom pružinovom valci zabezpečuje 30 hodín chodu. Tú kryje hlaveň poistky, ktorá ťahá reťaz ovinutú okolo kužeľovitej kladky známej ako poistka. Na vrchole poistky sa nachádza naťahovací štvorhran (vyžaduje si samostatný kľúč). Veľké koleso pripevnené k základni tejto poistky prenáša energiu do zvyšku mechanizmu. V poistke sa nachádza udržiavacia sila, mechanizmus na udržiavanie chodu H4 počas navíjania.
V porovnaní s tým má ozubené koleso s obmedzeným vyvažovacím oblúkom a je citlivé na zmeny hnacieho momentu. Podľa recenzie H. M. Frodshama na mechanizmus z roku 1878 mal spúšťací mechanizmus H4 „značný „set“ a nie až taký veľký spätný náboj, v dôsledku čoho sa impulz veľmi približoval dvojitému chronometrickému chodu“.
Obidve palety Harrisonovho spúšťacieho mechanizmu v tvare písmena D sú vyrobené z diamantu s dĺžkou približne 2 mm a polomerom zakrivenej strany 0,6 mm; na tú dobu to bol významný výrobný výkon. Z technických dôvodov bolo závažie vyrobené oveľa väčšie ako v bežných hodinkách z tohto obdobia, s priemerom 2,2 palca (55,9 mm) a hmotnosťou 28 5
Celkovo Harrison za svoju prácu na chronometroch dostal 23 065 libier. Od Rady pre zemepisnú dĺžku dostal za svoju prácu 4 315 libier, v roku 1765 dostal 10 000 libier ako priebežnú platbu za H4 a v roku 1773 dostal od parlamentu 8 750 libier. To mu zabezpečilo primeraný príjem počas väčšiny jeho života (v roku 2007 to zodpovedalo približne 450 000 GBP ročne, hoci všetky jeho náklady, ako napríklad materiál a subdodávky prác iným horológom, museli ísť z tejto sumy). V poslednom desaťročí svojho života sa stal ekvivalentom multimilionára (v dnešnom ponímaní).
Harrison zomrel 24. marca 1776 vo veku osemdesiatdva rokov, tesne pred svojimi osemdesiatimi tretími narodeninami. Bol pochovaný na cintoríne kostola svätého Jána v Hampsteade v severnom Londýne spolu so svojou druhou manželkou Elizabeth a neskôr s ich synom Williamom. Jeho hrobku obnovila v roku 1879 spoločnosť Worshipful Company of Clockmakers, hoci Harrison nikdy nebol jej členom.
Harrisonov posledný domov bol na námestí Red Lion Square 12 v londýnskej štvrti Holborn. Na stene modernistickej kancelárskej budovy Summit House z roku 1925 na južnej strane námestia sa nachádza pamätná tabuľa venovaná Harrisonovi. Vo Westminsterskom opátstve bola 24. marca 2006 Harrisonovi odhalená pamätná tabuľa, ktorá ho konečne uznala za dôstojného spoločníka jeho priateľa Georgea Grahama a Thomasa Tompiona, „otca anglického hodinárstva“, ktorí sú pochovaní v opátstve. Na pamätníku je zobrazená poludníková čiara (čiara konštantnej zemepisnej dĺžky) z dvoch kovov, aby sa zdôraznil Harrisonov najrozšírenejší vynález, bimetalový páskový teplomer. Na páse je vyrytá jeho vlastná zemepisná dĺžka 0 stupňov, 7 minút a 35 sekúnd západne.
Hodiny Corpus Clock v Cambridgei, ktoré boli odhalené v roku 2008, sú poctou dizajnéra Harrisonovej práci, ale majú elektromechanickú konštrukciu. Vzhľadovo sú vybavené Harrisonovým kobylkovým strojčekom, pričom „rám palety“ je vytvarovaný tak, aby pripomínal skutočnú kobylku. To je charakteristický znak hodín.
V roku 2014 spoločnosť Northern Rail pomenovala motorový vozeň 153316 ako John „Longitude“ Harrison.
Vo februári 2020 bola v meste Barrow upon Humber odhalená bronzová socha Johna Harrisona. Sochu vytvoril sochár Marcus Cornish.
Po prvej svetovej vojne Harrisonove hodinky znovu objavil v Kráľovskom greenwichskom observatóriu námorný dôstojník vo výslužbe nadporučík Rupert T. Gould.
V posledných rokoch svojho života John Harrison písal o svojom výskume hudobného ladenia a výrobných metód zvonov. Jeho systém ladenia (meantone systém odvodený od pí) je opísaný v brožúre A Description Concerning Such Mechanism … (CSM). Tento systém spochybnil tradičný názor, že harmonické sa vyskytujú pri celočíselných frekvenčných pomeroch, a v dôsledku toho všetka hudba využívajúca toto ladenie produkuje nízkofrekvenčné údery. V roku 2002 bol v Kongresovej knižnici USA znovuobjavený Harrisonov posledný rukopis A true and short, but full Account of the Foundation of Musick, or, as principally therein, of the Existence of the Natural Notes of Melody (Pravdivý a krátky, ale úplný opis základu hudby alebo, ako sa v ňom uvádza, existencie prirodzených tónov melódie). Jeho teórie o matematike výroby zvonov (pomocou „radikálnych čísel“) ešte nie sú jasne pochopené.
V roku 1995 Dava Sobelová, inšpirovaná sympóziom Harvardovej univerzity o probléme zemepisnej dĺžky, ktoré zorganizovala Národná asociácia zberateľov hodiniek a hodiniek, napísala knihu o Harrisonovej práci. Longitude: Pravdivý príbeh osamelého génia, ktorý vyriešil najväčší vedecký problém svojej doby, sa stal prvým populárnym bestsellerom na tému horológie. V roku 1998 vyšla kniha The Illustrated Longitude (Ilustrovaná dĺžka), v ktorej Sobelovej text sprevádza 180 obrázkov vybraných Williamom J. H. Andrewesom. Knihu zdramatizoval pre britskú televíziu Charles Sturridge v 4-dielnom seriáli Granada Productions pre Channel 4 v roku 1999 pod názvom Longitude. Neskôr v tom istom roku ho v USA odvysielal koproducent A&E. V inscenácii účinkovali Michael Gambon ako Harrison a Jeremy Irons ako Gould. Sobelova kniha bola tiež základom pre epizódu televízie PBS NOVA s názvom Lost at Sea (Stratení na mori): The Search for Longitude.
