Istoria cronometrului marin

În prezent, mulţi oameni consideră ca fiind ceva normal cunoştinţele şi tehnologia folosite pentru navigarea în siguranţă dintr-un port în altul, însă în urmă cu numai 200 de ani se înregistrau pierderi de vieţi şi de transporturi de marfă într-un ritm greu de imaginat. Inventarea unui instrument precis, numit „cronometru”, a schimbat această situaţie.
Datorită faptului că Pământul este, în esenţă, o minge, toate poziţiile, direcţiile şi hărţile trebuie raportate la o sferă. Poziţia este specificată prin două coordonate: latitudinea, un unghi măsurat într-un plan ce trece prin cei doi poli, şi longitudinea, un unghi măsurat într-un plan paralel cu ecuatorul. Corpurile cereşti pot fi folosite în timpul călătoriilor pe mare pentru calcularea latitudinii, dar nu şi a longitudinii. În emisfera nordică, Steaua Polară este colineară cu axa Pământului, dar în emisfera sudică sunt luate în considerare alte repere.

John Harrison
Calcularea longitudinii era mai complicată. Europenii au început să studieze matematica şi astronomia după anul 1000, învăţând de la arabi, cu care au intrat în contact în timpul cruciadelor. În ciuda suspiciunii clerului în privinţa noilor cunoştinţe şi instrumente, progresele reprezentate de inventarea hărţilor marine şi terestre au stimulat procesul de înregistrare şi de schimb de informaţii referitoare la formele de relief de pe suprafaţa sferică a Pământului şi la poziţia acestora. Comerţul şi campaniile de explorare au îmbunătăţit sistemul de cartografiere în perioada cuprinsă între începutul secolului al XV-lea şi secolul al XVII-lea, numai că hărţile nu puteau fi suficient de precise pe direcţia est-vest fără determinarea exactă a longitudinii.
Această problemă a longitudinii a stârnit interesul multor guverne europene. O comisie a parlamentului britanic a consultat oameni de ştiinţă precum Isaac Newton, care a sugerat utilizarea unui ceas precis, rezistent la condiţiile de pe mare. În 1714, o lege emisă de parlamentul acestei ţări oferea o recompensă oricui reuşea să obţină un instrument pentru calcularea longitudinii cu un grad specificat de precizie în timpul unei călătorii de testare. Invenţia ar fi trebuit să indice longitudinea portului – destinaţie din Indiile de Vest – o călătorie ce dura atunci şase săptămâni. Timp de 23 de ani nu a apărut nici un candidat care să ofere soluţia aşteptată a acestei probleme.
Revoluţia produsă în navigaţie a început cu cronometrul marin inventat de tâmplarul şi ceasornicarul englez John Harrison în secolul al XVIII-lea. John şi fratele său mai tânăr, James, au construit două ceasuri cu o eroare de cel mult o secundă pe lună, extrem de precise pentru acea epocă. Ei au hotărât să construiască un instrument de măsurare a timpului la fel de precis care să reziste la mişcările şi la variaţiile de temperatură din timpul călătoriilor pe mare. Munca lor de echipa a dus la succesul lui John. Ceasurile construite de ei nu erau afectate de variaţiile de temperatură, forţele de frecare ale mecanismelor au fost reduse la minimum, iar angrenajele nu trebuiau unse.

H 4
„Ceasul de mare” portabil ( cronometru ) putea fi folosit în navigație, dacă cele mai multe piese ale acestuia erau confecţionate din metal, nu din lemn. În consecinţă, cei doi au cerut Comisiei de longitudine asistenţă financiară, după cum prevedea legea emisă în acest sens.
În 1730, Harrison s-a întâlnit cu Edmond Halley, astronom al Societăţii Regale şi membru al Comisiei de longitudine. Halley a analizat planurile lui Harrison şi a recunoscut că, dacă ceasul ar funcţiona corect, problema stabilirii longitudinii ar fi soluţionată. L-a trimis la George Graham, alt membru al Societăţii Regale, care a fost de acord ca, dacă Harrison producea un ceas precis, Societatea Regală să-i susţină propunerea în faţa Comisiei. Graham i-a dat personal bani lui Harrison pentru a-şi finanţa cercetările şi a construi ceasul.
Primul cronometru marin a lui Harrison a fost finalizat în 1735. H 1 nu avea pendul, folosind în schimb un arc spiral cu două greutăţi de câte 5 livre articulate cu arcuri de aramă. Chiar dacă ceasul era înclinat sau rotit din cauza mişcărilor de pe mare, „regularitatea balansului”nu era afectată. Instrumentul cântărea 33 kg şi a fost testat cu succes pe o barjă în Anglia. În 1735 cei doi fraţi au abordat din nou Comisia de longitudine, iar aceasta şi-a dat acordul pentru o testare pe mare. În 1736, H 1 a navigat până la Lisabona.
Harrison şi-a continuat cercetările, proiectând şi construind ceasul H 2 cu aprobarea comisiei, care a acordat suma de 500 de lire pentru cercetări şi construcţie, cu stipularea că acest instrument şi toate instrumentele pentru determinarea longitudinii pe care urma să le construiască să fie cedate Coroanei. La finalizare sa în 1739, H 2 era mai înalt, mai greu şi mai îngust, astfel că ocupa un spaţiu mai redus la bordul corăbiilor. Principala inovaţie adusă mecanismului său şi al tuturor celor care au urmat a fost un „remontoar”, un mecanism ce asigura constanţa forţei aplicate regulatorului, care a îmbunătăţit semnificativ precizia ceasului. H 2 nu a fost testat niciodată pe mare şi a reprezentat ultimul instrument la care a lucrat şi James; John şi-a continuat singur cercetările.
Noul model, H 3, avea un neajuns: era imposibil de potrivit fără dezmembrarea sa totală urmată de reasamblare, astfel că Harrison s-a apucat imediat să lucreze la H 4, cel mai important cronometru al său. Cu un diametru de numai 13,3 cm, acesta avea un aspect destul de diferit faţă de ceasurile anterioare şi avea şi un mecanism diferit. Folosea ulei ca lubrefiant pentru lagărele sale extrem de bine finisate, cuplate cu roţi şi pinioane cu un număr mare de dinţi pentru obţinerea unei eficienţe mecanice sporite.
Testarea acestui instrument a început în octombrie 1761 pe ruta Marea Britanie – Jamaica. Călătoria de două luni a consemnat o eroare a ceasului de numai cinci secunde, echivalentă cu o eroare de longitudine de 1 ¼ minute. Harrison a îndeplinit astfel condiţiile pentru acordarea premiului, însă nu a primit nici un ban până când nu a intervenit însuşi regele George al III-lea, după ce văzuse ultimul cronometru a lui Harrison, H 5, terminat în 1772.
Mai important este însă faptul că John Harrison inventase un cronometru marin, a cărui eficacitate de stabilire a longitudinii fusese dovedită.