Saatler hakkındaki her şey, eski tip mekanik saatler ve yeni dijital saatlerin çalışması ve saatler ile ilgili bilgiler. İnsanoğlunun geliştirdiği karmaşık makineler arasında en eskiye dayananlardan biride saatlerdir. En eski örneklerde sarkaçlar ya da kurmalı sistemler yer alıyordu. Böylece saat gerekli gücü elde ederek çalışmaya devam ediyordu. Daha sonraki örneklerdeyse kuvars ve dijital sistem tercih edilir oldu. En karmaşık saatlerse atom esaslı işliyor. Böyle bir eski nesil mekanik saat ele geçirir ve içini açarsanız yer alan yaylar ve çarklara bakıp karmaşık yapısına hayran kalabilirsiniz. Akrep, yelkovan ve bazen de saniye kollarını içeren mekanik saatlerde belirli orantılara dayalı olan dairesel hareketlerin elde edilmesi zor olmadı. Saatlerin dakik biçimde geri kalmadan ya da ileri gitmeden çalışabilmesi için çok sayıda deneme yapıldı ve çözümler türetildi.

Saatlerin Tarihi ilk Saatler

En eski sarkaçlı saatler 17. yüzyılın ortalarında icat edildi. İlk örnekler hayli büyüktü ve duvara asılıyordu çünkü sarkaç denen ağırlığa bağlı uzun kol sürekli olarak hareket etmekteydi. Aslında bu kolun saniyede bir kez sallandığı düşüncesi yaygın ama küçük boyutlu ve guguk kuşu çıkan örneklerde salınım hareketi saniyede iki kez gerçekleşir. Daha büyük boyutlu versiyonlardaysa sarkacın 2 saniyede bir kez sallandığı görülebilir.

Sarkaç kolunun hareket hızını belirleyen iki etken taşıyıcı kolun uzunluğu ve yer çekimi gücü. Duvarda duran saatte bunlar değişmediği için saniyede bir sallanma değeri sabit kalabiliyor. Sarkaç ağırlığı ve sallanma açısı durumu değiştirmiyor. Bu sabit hızlı hareket sistemi kullanılarak saat içindeki saniye kolunun hareketi istenen şekilde kontrol edilebiliyor. Elbette iç kısımda işleyen birbirine bağlı çok sayıda çark var. Elbette normalde sürtünmeden ötürü salınım işlemi bir süre sonra durur. İçerde yer alan özel dişli sistemi sayesinde bu durum engelleniyor. Ayrıca herhangi bir güç kaynağı olmadığı için saatin belirli aralıklarla kurulması gerekiyor. Yüksek dişli oranları sayesinde saat kurma aralığı haftada bir gibi gayet uygun olan bir süreye uzatılabiliyor. Diğer dişli sistemleriyse daha yavaş hızlarla akrep ve yelkovanın hareket etmesini sağlıyor. Son olarak saatin istenen şekilde ileri ya da geri alınabilmesini sağlayan ek bir sistem bulunuyor. Dişlileri sistem dışına alan konumla akrep ve yelkovan istenen konuma getirilebiliyor. Tahmin edilebileceği gibi sarkaç kolunun uzunluğu son derece hassas biçimde ayarlanma zorunda. Aksi halde en ufak sapmada bile bir gün içinde birkaç saniye fark oluşabilir.

İlk Küçük Saat Tasarımları

Elbette kol saatleri ya da masa saatlerinde sarkaç kullanma şansı yok. Bu düzenli periyodik hareketi oluşturmak için başka mekanik sistemler kullanılıyor. Yay yardımıyla zıplayan bir ağırlık ya da ekseninde yay olan bir tekerlek benzer işi görebiliyor. Çoğu kol saatinde bu yaylı tekerlek var ve yay etkisiyle tekerlek bir o yönde, bir ters yönde dönüyor. Masalara yerleştirip sabah uyanmak için kullandığımız mekanik çalar saatlerde buna benzer kurma sistemi, yay desteğiyle salınım yapan tekerlek ve diğer çarklar var. Ayrıca alarmın kurulabilmesi için ek bir kısım daha yer alıyor. Bu tür mekanik saatler çok hassas biçimde üretilse bile geri kalabiliyor ya da ileri gidebiliyor. 1970’lerde bulunan kuvars esaslı saatlerse sarkaç ve buna bağlı düzenleyici dişliyi devre dışı bırakıyor. Bunlar yerine tek bir tetikleyici sistem kullanılıyor. Ayrıca kurma sisteminin yerini batarya alıyor. Yıllardan beri radyolarda kullanılan kuvars kristallerinin bulunması kolay ve maliyeti düşüktü. Zamanlama açısından başarılı olan bu kristalin çok düşük güçle işler hale getirilmesi için denemeler yapıldı. Kum gibi silisyum dioksit (Sİ02) olan kuvars kristalleri piezoelektrik yapılıdır yani sıkışınca elektriksel gerilim üretir ya da tersine düşük gerilim uygulanınca esner ya da şekli değişir.

Şaşırtıcı biçimde uygun şekle getirildiğinde yüzeyinde belirli bir ritme sahip gerilim oluşmakta ve bunu alan devre transistörlerle güçlendirdikten sonra saate tempo veren sistem olarak kullanabilmekte. Isıya bağlı değişmeyen tempo genelde düşük seçiliyor. Son derece ufak olan motor saniye kolunu bu ritme göre hareket ettiriyor ve akrep ile yelkovan da bağlantılı biçimde hareketlerini gerçekleştiriyor. Ancak şimdilerde maliyeti daha düşük olan ve arıza yapmayan tamamen elektronik saatler kullanıyoruz. Büyük LED göstergeler ya da ışıklandırmalı LCD ekranlar sayesinde karanlıkta bile rahatça okunabilen akıllı dijital saatlerde mekanik sistemlerin yerlerini yenileri aldı. Çoğu durumda batarya sayesinde hareket işlemi gerçekleşiyor. Sarkaçlı ya da kuvars esaslı tetikleme sistemi yerine elektronik zamanlayıcı bulunuyor. Saatin kalbini oluşturan zamanlayıcının ürettiği sinyal 60 Hz. Özel devreler sayesinde saniye, saat ve dakika değerleri düzenleniyor. Onlu sayı sisteminde 12 ve 59 rakamlarından sonraki başa dönmelerin ayarlanması gerekiyor. Çünkü saat 12:59:59 olduğunda bir saniye sonra 1:00:00 değerine geri dönmesi zorlu bir süreç yaşatıyor.

Saatlerin Hızlanması Sorunu

Saatinizin geri kaldığını ya da ileri gittiğini görürseniz TV kanalındaki haberlere vb. bakarak ayarlama yapabilirsiniz ama tüm bu saatlerin esas aldığı bir merkez var mı? İngiltere Greenvvich’te yer alan GMT zaman sistemi global zaman standardı olarak kabul edildi. Şu anda zamanı en iyi biçimde tutabilen saatler atomik esaslı olanlar. Dünyanın dönüş hızından ve yıldızların hareketlerinden bile daha keskin sonuçlar verebilmekteler. Bu sistem olmasaydı GPS navigasyonu kullanılamazdı. Düşünülenin aksine atomik saatlerde radyoaktif bir yapı bulunmuyor. Sadece saate tetikleme yapan sistemde gelişmiş bir yapı kullanılıyor. Atomlar ve etrafındaki elektronlar esas alınarak zaman akışı gerçekleşiyor. Tercih edilen elementler sezyum, hidrojen ya da rubidyum. En basit ve ucuz çözümü rubidyum veriyor. Bu gazı içeren cam hazne etrafına doğru mikrodalga frekansı uygulandığında optik rubidyum frekansına bağlı olarak ışık emme durumu değişiyor. En hassas çözümlerdeyse sezyum kullanılıyor. Lazer ışınlarıyla sezyum atomları kontrol ediliyor. Bunların pahalı çözümler olduğu ve uzmanlık gerektirdiği ortada. 1999’da kullanıma girmiş olan NIST-F1 adlı atomik saatin hata payı 20 milyon yılda 1 saniye!

Elektronik Saatler

Satış noktalarında radyo kontrollü saatler görebilirsiniz. Bu elektronik saatlerin özelliği ucuz olmalarına rağmen periyodik aralıklarla kablosuz yoldan merkeze bağlanabilmeleri ve zamanı uygun biçimde ayarlamaları. Bu sayede saat geri mi kaldı ileri mi gitti diye kontrol etmek ve ayarlamak zorunda kalmıyorsunuz. Aslında sistem basit biçimde işliyor. Uzun dalga üzerinden yayın yapan belirli radyo kanalları aynı zamanda bu radyo kontrollü saatlerin alabileceği özel bir sinyal gönderiyor. NIST’nin geliştirdiği sistem sayesinde saatler otomatik olarak atomik saat ile senkronize olabiliyor. 60 KHz üzerinden gönderilen yüksek güce sahip sinyal uzak noktalara ulaşabiliyor. Örneğin tüm ABD ve Kanada’yı içine alan bir verici yeterli geliyor. Saat içinde yer alan radyo alıcısının anteni son derece ufak ve dâhilidir. Sadece belirli dönemlerde sinyali kontrol edip ayarlama yapabiliyor. Ayrıca bu saatler yaz – kış saat uygulamasına otomatik olarak uyum sağlayabiliyor. Saati alan kullanıcının tek yapması gereken bulunduğu yerdeki saat dilimini (bizim için +2) seçmek. GPS cihazlarındaki saatler de çok başarılı çünkü bu bilgiyi uzayda dolaşan uydulardaki atomik saatlerden elde ediyorlar.