Đồng hồ

Con người ghi nhận và đặt tên cho các khoảng thời gian là buổi, ngày, tháng, năm... nhưng những khoảng thời gian dưới một ngày thì trước khi có đồng hồ, việc đo đạc thiếu chính xác. Dễ nhất là ước tính vị trí của mặt trời trên bầu trời mà cho là sáng, trưa, chiều, tối. Ngắn hơn một buổi thì thuở trước người ta đốt nhang hay đèn cầy, mà tính lâu hay mau. Một loại bình đựng dùng cát hay nước cho chảy ra cũng là cách đo thời gian từ thời cổ đại văn minh Ai Cập và Trung Hoa.

Loại đồng hồ như chúng ta biết đến ngày nay hình thành vào khoảng thế kỷ 17, xuất phát từ châu Âu. Đến thế kỷ 18 thì đồng hồ treo tường đã phổ biến là món hàng gia dụng của mọi giai cấp ở Âu châu. Kế tiếp là đồng hồ đeo tay được nhiều người dùng làm món trang sức cá nhân.

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.

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.

Tiếng Việt dùng chữ "đồng hồ" cũng có nguồn gốc từ phép dùng bình nước chảy, vốn gọi là lậu hồ (漏壺) hay khắc lậu hồ (刻漏壺), có mặt ở Việt Nam từ thời nhà Đường. Hồ trong dụng cụ đó là cái chậu đựng nước có châm thủng một lỗ nhỏ để nước rỏ ra. Người ta xếp hai ba chậu từ cao xuống thấp. Chậu trên cao nhỏ nước xuống chậu giữa rồi lại nhỏ xuống chậu dưới. Người ta đặt sẵn một cái thẻ khắc nhiều nấc ở cái chậu cuối cùng. Nước ở chậu dưới dâng tới nấc nào thì là giờ đó. Chậu làm bằng đồng nên gọi người sau quen gọi dụng cụ lậu hồ là đồng hồ, tức là cái chậu bằng đồng.^[1]

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 những cơ cấu cơ học đơn giản trong đó sử dụng quả nặng. Do đó, những loại đồng hồ đầu 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".

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 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 lý 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.

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 cạn kiệt là con lắc, năng lượng của nó rất nhỏ), về sau là dây cót và bây giờ là pin.
• 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 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.

Vào năm 1761, một người thợ làm đồng hồ tên John Harrison đã đạt được một giải thưởng lớn khi đã chế tạo thành công một đồng hồ chỉ chạy sai 5 giây trong vòng 10 ngày.

William Clement vào năm 1670 thiết kế đưa đồng hồ quả lắc vào trong một hộp dài, từ đó nó trở thành một vật dụng trang trí trong rất nhiều gia đình thời đó.

Vào 17 tháng 11 năm 1797, Eli Terry đăng ký bản quyền về đồng hồ đầu tiên. Ông là một trong số những người thiết lập công nghiệp đồng hồ ở Hoa Kỳ.

Alenander Bain, một người thợ người Scotland, đã phát minh ra đồng hồ điện vào năm 1840, sử dụng một môtơ điện và một hệ thống nam châm điện. Năm 1841, ông được cấp bằng phát minh về con lắc điện từ.

Ngày nay, thời gian trong đồng hồ được đo bằng nhiều cách khác nhau, từ những tinh thể thạch anh cho đến chu kì bán rã của một chất phóng xạ. Ngay cả những đồng hồ cơ học trước kia, chúng ta chỉ cần sử dụng pin chứ không cần phải lên dây cót như trước.

Thời điểm người Việt biết đến đồng hồ Âu châu là khoảng đầu thế kỷ 17. Giáo sĩ Đắc Lộ ghi là ngày 2 Tháng 7 năm 1627, ông cùng giáo sĩ Pero Marquez^[2] vào bái yết chúa Thanh Đô Vương Trịnh Tráng và dâng nhà chúa một cỗ đồng hồ Âu châu, một loại đồng hồ treo có đánh chuông. Chúa Trịnh trầm trồ lấy làm lạ và xuống lệnh cho phép hai giáo sĩ lưu lại truyền đạo ở Đàng Ngoài như là đặc ân. Đây là thời điểm chính xác nhưng có lẽ đồng hồ Âu châu đã đến Đàng Trong từ trước đó nữa vì Dòng Tên đã mở cơ sở truyền đạo ở Quảng Nam từ năm 1615. Thương nhân và giáo sĩ Tây phương lúc bấy giờ hay dâng các quân vương Viễn Đông những tặng vật lạ mắt để gây cảm tình.^[1]

Đồng hồ có thể được phân loại bằng cách nó hiển thị thời gian cũng như phương pháp nó sử dụng để đếm thời gian.

Đồng hồ cơ thể hiện thời gian sử dụng các góc. Mặt đồng hồ có những con số từ 1 đến 12 và sử dụng kim để chỉ giờ và cả phút. Từ một số đến một con số kế cận là 5 phút (đối với kim phút), 1 giờ (đối với kim giờ) hay 5 giây (đối với kim giây).

Một loại đồng hồ cơ khác được sử dụng là đồng hồ mặt trời. Nó hoạt động nhờ theo dọi thường xuyên ánh sáng Mặt Trời, và người ta theo dõi bằng cách nhìn bóng của chúng.

Đồng hồ điện tử sử dụng hệ thống số để thể hiện thời gian. Thông thường có 2 cách thể hiện:

• 24 giờ để đếm giờ từ 00-23
• 12 giờ với ký hiệu AM / PM (chủ yếu ở Mĩ)

Để tiện lợi hơn, có một số đồng hồ sử dụng âm thanh để báo hiệu giờ. Âm thanh có thể được sử dụng như ngôn ngữ tự nhiên ("Bây giờ là mười sáu giờ ba mươi phút") hay một mã (số tiếng chuông báo hiệu số giờ).

Loại đồng hồ này hiện thời gian ở dạng chữ. Nếu như ở đồng hồ điện tử chúng ta đọc được những con số 12:35 thì ở đồng hồ chữ, chúng ta có thể đọc được "Mười hai giờ ba mươi lăm phút". Một số loại đồng hồ khác sử dụng cơ chế gần đúng khiến người sử dụng cảm thấy dễ chịu hơn khi sử dụng đồng hồ (ví dụ "Khoảng mười hai giờ rưỡi")^[3].

Hầu hết đồng hồ đều có một cơ chế dao động điều hòa bên trong, cho phép đưa ra một tần số không đổi. Số lần dao động đó đều được đo lại và thể hiện lên mặt đồng hồ.

• Đồng hồ cơ học sử dụng con lắc như cơ chế dao động điều hòa, cùng với bánh răng để điều khiển mặt đồng hồ
• Đồng hồ điện sử dụng điện để chạy
• Đồng hồ tinh thể sử dụng những tinh thể thạch anh và một hệ thống chia tần số để đếm thời gian. Với những đồng hồ hiện đại thì tần số đó là 2¹⁵ Hz = 32.768 kHz
• Đồng hồ phân tử là loại đồng hồ chính xác nhất mà con người chế tạo,sử dụng sóng siêu âm để kích thích các phân tử như caesi, rubidium, hydrogen. Đồng hồ phân tử sử dụng caesium được sử dụng để định nghĩa thời gian hiện nay
• Đồng hồ xung đếm tần số của dòng điện đưa vào (50 Hz hay 60 Hz)
• Đồng hồ radio nhận một mã từ một trạm phát sóng gần đó và điều chỉnh thời gian theo nó. Những loại đồng hồ này thường được dùng bởi thợ lặn
• Đồng hồ mặt trời theo dõi vị trí giữa mặt trời và Trái Đất

Đồng hồ có thể được phân chia ra loại đồng hồ treo tường, loại đồng hồ đeo tay, loại nhét túi quần hay còn gọi là đồng hồ quả quýt. Ngoài ra, nó còn được gắn với các thiết bị khác nữa như máy tính, điện thoại cố định và di động...

Chronograph có lẽ không được sử dụng thường xuyên và hữu dụng như chỉ báo lịch, nhưng những chiếc đồng hồ này lại có một vẻ mạnh mẽ cực kỳ cuốn hút. Để hiểu một cách đơn giản, Chronograph là đồng hồ có chức năng bấm giờ, giúp đo chính xác một khoảng thời gian ngắn.

Chức năng này nhằm phục vụ những doanh nhân thường xuyên phải di chuyển giữa các quốc gia, hoặc những người có người thân đang sinh sống ở một quốc gia khác múi giờ. Về cơ bản, chức năng này có thể chia thành một số kiểu như sau:

• Hai bộ máy (dual-movement): về lý thuyết, đây không phải là một tính năng đồng hồ. Chiếc đồng hồ đặc biệt này thay vì sở hữu một bộ máy thì sẽ sở hữu tới hai bộ máy, mỗi bộ máy sẽ hoạt động độc lập và hiển thị thời gian độc lập.
• Một bộ máy hiển thị hai múi giờ: Tính năng này có thể thể hiện trên một mặt số phụ, hoặc một kim trung tâm kết hợp với vành bezel 24 giờ.
• Giờ thế giới (World Time): Một chiếc đồng hồ với tính năng giờ thế giới sẽ có vành bezel xoay, trên đó có tên của nhiều thành phố nổi tiếng tương ứng với các múi giờ. Người dùng sẽ xoay vành bezel để có thể biết được thời gian ở những múi giờ khác.

Đây là một tính năng có từ lâu đời và mang một vẻ đẹp quyến rũ. Lịch tuần trăng sẽ hiển thị hình dáng của mặt trăng trên bầu trời (khuyết hay tròn), thường được sử dụng bởi thủy thủ để tính độ cao của thủy triều.

Bên cạnh khả năng hiển thị thời gian, những chiếc đồng hồ đặc biệt này còn có thể báo thời gian bằng những tiếng chuông. Bên cạnh đó, có những chiếc đồng hồ cơ học có chức năng hẹn giờ.

Chức năng này còn có một số cái tên khác như hiển thị thời lượng cót hay kim xăng. Đây là một tính năng khá hữu dụng của đồng hồ cơ, giúp bạn biết được độ căng của dây cót, tương ứng với đó là khoảng thời gian chiếc đồng hồ này có thể tiếp tục hoạt động.

Đồng hồ treo tường được dùng trong nhà và văn phòng, đồng hồ đeo tay được mang trên tay, những loại đồng hồ lớn được đặt ở những nơi công cộng (nhà thờ hay bến xe). Hầu hết những máy tính và điện thoại di động đều có góc dưới màn hình hiển thị giờ.

Tuy nhiên, đồng hồ không phải lúc nào cũng được sử dụng để hiển thị thời gian. Nó còn có thể sử dụng để điều khiển một vật theo thời gian. Ví dụ như đồng hồ chuông có thể được dùng làm bom hẹn giờ. Tuy nhiên nó có thể được gọi chính xác hơn là một hệ thống đếm giờ.

Máy tính sử dụng những tín hiệu đồng hồ để đồng bộ quá trình xử lý (mặc dầu có một số nghiên cứu về bộ xử lý không đồng bộ). Máy tính lưu trữ thời gian để báo hiệu hay chỉ là để hiển thị thời gian. Bên trong máy tính có một đồng hồ được nuôi bằng pin. Máy tính vẫn có thể hoạt động ngay cả khi đồng hồ trong máy bị chết nhưng khi khởi động máy lại, đồng hồ của máy tính sẽ được khởi động lại.

Thời gian là một khái niệm cơ bản trong môn vật lý. Do đó, chế tạo dụng cụ đo thời gian chính xác có ý nghĩa quan trọng trong các thí nghiệm.

Trong ngành thám hiểm, nhất là bằng thuyền, người ta cần phải có những công cụ chính xác để đo đạc kinh độ và vĩ độ. Vỹ độ có thể được đo bằng phương pháp thiên văn trong khi kinh độ cần phải có một đồng hồ thật chính xác. John Harrison là người đầu tiên chế tạo những loại đồng hồ đầu tiên có độ chính xác rất cao vào giữa thế kỉ 18. Ở Cape Town, người ta vẫn còn bắn súng hiệu để các tàu có thể điều chỉnh thời gian chính xác cho đồng hồ của mình.

Phần lõi thạch anh của đồng hồ được phát minh vào thập kỉ 1920. Đây là một phát minh mang tính cách mạng, nó giảm giá thành đồng hồ và tăng mạnh tính chính xác của việc giữ giờ.

Đồng hồ điện tử được phát minh năm 1956.

• Đồng hồ báo thức
• Đồng hồ cơ hiển thị điện tử
• Đồng hồ điện tử
• Đồng hồ thiên văn
• Đồng hồ nhị phân
• Đồng hồ điện
• Đồng hồ cát
• Đồng hồ con lắc
• Đồng hồ thạch anh
• Đồng hồ nguyên tử
• Đồng hồ thông minh

• Bruton, Eric. Lịch sử của các loại đồng hồ. London: Black Cat, 1993.
• Edey, Winthrop. Đồng hồ Pháp. New York: Walker & Co., 1967.
• Lloyd, Alan H. "Máy móc giữ thời gian." trong Lịch sử các ngành kĩ thuật. Tập III. Biên tập: Charles Joseph Singer cùng các đồng sự. Nhà xuất bản Clarendon, 1957, trang 648-675.
• Robinson, Tom. Đồng hồ dài. 1981.
• Smith, Alan. Từ điển đồng hồ. London: nhà xuất bản Chancellor, 1996.
• Tardy. Đồng hồ ở Pháp và trên thế giới. Phần I và II. Paris: Tardy, 1981.
• Yoder, Joella Gerstmeyer. Thời gian không quay trở lại: Christiaan Huygens và toán học của tự nhiên. New York: Nhà xuất bản đại học Cambridge, 1988.
• North, John. Người thợ làm đồng hồ của thượng đế: Richard of Wallingford và sự phát minh ra thời gian. London, 2005
• Landes, David S. "Sự tiến hóa của thời gian: Sự tạo thành và páht triển các loại đồng hồ" Cambridge: Nhà xuất bản đại học Harvard, 1983

• Hội những người sưu tập đồng hồ Hoa Kì
• Hội những người chế tạo đồng hồ Hoa Kì
• Hội làm đồng hồ Anh Lưu trữ 2007-10-12 tại Wayback Machine
• Hội làm đồng hồ công nghiệp Thụy Sĩ
• Viện bảo tàng khoa học - những chủng loại đồng hồ đầu tiên Lưu trữ 2007-03-09 tại Wayback Machine
• Đồng hồ thạch anh Lưu trữ 2007-05-13 tại Wayback Machine
• Những chiếc đồng hồ xa xỉ nhất thế giới