VAN WETENSCHAPPELIJKE NAAR INDUSTRIňLE REVOLUTIE (ca. 1700 - 1850)
Instrumenten voor de zeevaart


Om de juiste geografische lengte te bepalen moet men nauwkeurig de juiste tijd kunnen aflezen. Behalve met een goedlopende klok is dit in principe ook mogelijk door met precisie-instrumenten waarnemingen te doen aan 'het hemelse uurwerk' (zie ook De middeleeuwen>scheepvaart). Galilei had al voorgesteld om de stand van de maan en de eclipsen van de manen van jupiter hiervoor te gebruiken. Men moet dan wel over nauwkeurige tabellen hiervan beschikken. Voor een juiste plaatsbepaling zijn exacte astronomische waarnemingen zeer belangrijk. Om de nauwkeurigheid van de astronomische tabellen te verbeteren werd in 1675 het 'Royal Observatory' te Greenwich opgericht. De meridiaan die door Greenwich loopt wordt nu over de hele wereld gebruikt als de 'nul-meridiaan'. Bovendien geldt de 'Greenwich-tijd', tegenwoordig bijgehouden door een atoomklok, als standaard tijd voor de hele wereld.

Fig. 94a.
'
The centre of Time and Space': de meridiaankijker in Greenwich. Deze sterrenkijker is zeer nauwkeurig noord-zuid gericht en de meridiaan die hier doorheen loopt is sinds 1884 vastgelegd als de nul-meridiaan. Bovendien wordt door het passeren van deze lijn door de zon de algemeen aanvaarde wereldtijd vastgelegd.
Maar de eerste nauwkeurige bepalingen van de geografische lengte zouden uiteindelijk toch met behulp van een mechanisch uurwerk gedaan worden. Het probleem van de temperatuurafhankelijkheid werd eerst opgelost voor slingeruurwerken door George Graham in 1726. Door op een bepaalde manier kwik in de slinger op te nemen bleef bij temperatuursveranderingen het zwaartepunt ongewijzigd. (Bij temperatuurstijging neemt de lengte van de slinger toe, maar het kwik stijgt hierin.) Deze 'Regulator' was (door het gebruik van een slinger) echter niet geschikt voor gebruik op schepen.

Fig. 94b.
Harrison's H1.
De slinger is hier vervangen door twee verticale balansarmen, beide met aan de boven- en onderkant een metalen bol (de onderste bollen bevinden zich achter de wijzerplaat). Tussen de balansarmen zijn twee veren gemonteerd (boven en onder).
Het eerste uurwerk dat aan alle eisen van de zeevaart voldeed werd uiteindelijk gebouwd door John Harrison. Deze meubelmaker had in 1715, op 22-jarige leeftijd, al een geheel houten uurwerk geconstrueerd. In 1736 bouwde hij de eerste (H1) van vijf opeenvolgende uurwerken met temperatuurcompensatie. In alle vijf was de balans (of onrust) samengesteld uit een combinatie van messing en staal. Ook bracht hij verbeteringen aan in het ťchappement. Zijn op een na laatste ontwerp, de H4, was bovendien zeer compact, slechts 13 cm in diameter. Deze  werd in 1761 getest op een reis naar  Jamaica, en bleek bij aankomst slechts vijf seconden achter te lopen. Dit betekende een fout van ongeveer 1,5 km in de plaatsbepaling. Harrison heeft echter nog elf jaar moeten procederen en wachten voor hij de prijs van 20 000 Engelse Ponden, uitgeloofd door de Admiraliteit, in ontvangst kon nemen.

fig. 94c.
Harrison's H4.
Een nauwkeurige kopie hiervan, in 1769 gemaakt door de horlogemaker Kendall, de K1, werd in 1772 door Captain Cooke meegenomen op zijn beroemde reis naar AustraliŽ. Met behulp hiervan kon hij de kusten van AustraliŽ en Nieuw Zeeland nauwkeurig in kaart brengen.

De H4 van Harrison en de K1 van Kendall waren zeer kostbaar uitgevoerd, maar nu het principe uitstekend bleek te voldoen aan de eisen die voor navigatie op zee gesteld werden, ging men goedkoper uitgevoerde exemplaren construeren, die betaalbaar waren voor alle navigators op zee. De eerste vereenvoudigde uitvoering was Kendall's K2.

Fig. 94d. Kendall's K2, ofwel de 'Bounty watch'.
Deze werd door kapitein Bligh meegenomen op zijn onfortuinlijke reis van 1787-9 en door de muiters naar het eiland Pitcairn. De laatste overlevende muiter, John Adams, werd in 1808 opgepikt door de Amerikaans walvisvaarder Topaz. Adams verkocht de K2 aan de kapitein van dit schip. Nu bevindt  dit uurwerk zich, net als de H1 t/m H4, en de K1 in het Observatorium in Greenwich, dat als museum is ingericht.

fig. 95.
Ook de instrumenten om hoeken tussen hemelobjecten te meten werden sterk verbeterd. Afhankelijk van de hoeken die men er mee kon meten heten ze octant, quadrant of sextant (1/8, 1/4 of 1/6 van de  cirkelomtrek). Met behulp van spiegelsystemen nam de  nauwkeurigheid toe, en bovendien werd de hoek die men kon meten verdubbeld.
Hiernaast een quadrant van  James Hadley uit 1730. In 1734 voorzag hij ze ook nog van een waterpas voor situaties waarbij de horizon niet zichtbaar was.
fig. 96.
Deze grafiek illustreert de toenamen in de nauwkeurigheid van uurwerken sinds de eerste mechanische klokken rond 1300. De waterklok van Su Song had waarschijnlijk een fout tussen 10 en 100 seconden per dag.

Meer over het Greenwich Observatorium en de klokken van Harrison op de website van het
  Royal Observatory Greenwich

 


© Ton Arfman / Fontys Lerarenopleiding Sittard