Phương trình thời gian - Tính năng độc đáo của đồng hồ

Phương trình thời gian (Equation of Time) là khái niệm về một chức năng thú vị của một số mẫu đồng hồ. Nếu mới tìm hiểu, có lẽ sẽ khá khó để hình dung và sử dụng chức năng này. Vậy hôm nay hãy cùng 24Kara tìm hiểu về chức năng Phương trình thời gian của đồng hồ nhé!

1, Vì sao cần đến Phương trình Thời gian?

Thời gian là một khái niệm không thể đong đếm được chính xác mà chỉ có thể ước lượng dựa vào sự quan sát thiên văn. Từ xưa, con người đã biết cách chia thời gian theo các đơn vị năm, tháng, ngày và giờ dựa vào hoạt động của Trái Đất, Mặt Trời và Mặt Trăng. Tuy vậy, nếu dựa vào quan sát thiên văn thì độ dài của mỗi giờ sẽ không giống nhau, vì thế mà sau đó, để đơn giản hóa việc tính toán, nhà thiên văn học Hipparchus đã chia một ngày thành 24 giờ bằng nhau.

Đồng hồ mặt trời

Cách chia thời gian thế này dù giúp việc tính toán trở nên đơn giản hơn nhưng nó lại khiến nảy sinh những sai số đáng kể bởi Trái Đất không phải là một hình cầu tròn trĩnh. Chính xác thì Trái Đất của chúng ta khá méo mó và hơi dẹt ở hai đầu, và quỹ đạo quay quanh Mặt Trời của Trái Đất cũng là theo hình Elip, vì vậy con số 24 giờ một ngày không phải chính xác hoàn toàn. Đó cũng chính là lý do mà cứ 4 năm lại sinh ra 1 năm nhuận để bù trừ vào khoảng thời gian chênh lệch.

Đối với những người thợ đồng hồ luôn hướng đến sự chính xác về thời gian thì khoảng thời gian chênh lệch trên là không chấp nhận được, vì vậy một tính năng phức tạp được nghiên cứu và đưa ra đó là: Phương trình thời gian.

2, Phương trình thời gian là gì?

Để hiểu được Phương trình thời gian là gì, trước tiên chúng ta cần nắm được 2 khái niệm sau:

• Giờ thông thường: Thời gian được hiển thị trên đồng hồ (cơ học, điện tử....), 1 ngày sẽ có 24 giờ bằng nhau.
• Giờ mặt trời: Thời gian được hiển thị trên đồng hồ mặt trời (thiết bị hiển thị thời gian qua bóng của một vật)

Trái với quan niệm rằng mặt trời lên đỉnh cao nhất vào 12 giờ trưa, nhưng thực tế không phải vậy. Hai thời điểm khi mặt trời lên cao nhất và lúc 12 giờ trưa có sự sai lệch và sự sai lệch này được thể hiện qua phương trình thời gian.

Phương trình thời gian gần giống với đồ thị hình Sin, điểm giao giữa đồ thị và trục là 4 ngày 15/4, 13/6, 1/9 và 25/12

Theo biểu đồ ở trên, trục ngang tương ứng với mốc 12 giờ còn đường màu xanh thể hiện thời điểm mặt trời lên cao nhất. Vào đầu năm, đồng hồ mặt trời sẽ chạy chậm hơn đồng hồ thông thường, qua 15/4 sẽ chạy nhanh hơn và cứ thế lặp lại.

Theo hệ quy chiếu tại London, thời điểm Mặt Trời lên cao nhất (thiên đỉnh) có thể nhanh hơn thời điểm 12 giờ trưa 16 phút 33 giây (ngày 3/11) hoặc chậm hơn 14 phút 6 giây (ngày 12/2). Hai thời điểm này gần trùng nhau vào các ngày 15/4, 13/6, 1/9 và 25/12, những ngày này sẽ lặp lại vào mỗi năm.

Như bạn có thể thấy ở hình trên, phương trình thời gian có dạng hình sin, bị thay đổi bởi hai tham số: độ nghiêng của Trái Đất và độ lệch của quỹ đạo Trái Đất khi quay quanh Mặt Trời. Như đã nói ở trên, nếu Trái Đất là hình cầu, có trục quay thẳng đứng và quay quanh Mặt Trời theo một hình tròn hoàn hảo thì hai thời điểm thiên đỉnh luôn là 12 giờ trưa.

Quỹ đạo các hành tinh quay quanh mặt trời là hình elip

Ai cũng biết rằng trục quay của Trái Đất lệch 23,4 độ và Trái Đất quay quanh Mặt Trời theo hình elip. Tại sao Hỏa, thời điểm thiên đỉnh có thể lệch 50 phút so với lúc 12 giờ. Sao Thiên Vương có quỹ đạo quay quanh Mặt Trời lệch nhiều nhất, khiến cho ngày mới có thể bắt đầu nhanh hay chậm vài giờ so với đồng hồ thông thường.

Mỗi nơi trên thế giới sẽ có thời điểm thiên đỉnh riêng, tại London là 12 giờ, tại Moscow là 12 giờ 29 phút, tại Hà Nội là 11 giờ 56 phút. Vì vậy, một chiếc đồng hồ có tính năng Phương trình thời gian sẽ chỉ đúng với một địa điểm cụ thể (thường sẽ ghi trên mặt số đồng hồ). Nếu bạn sống ở một địa điểm khác và muốn chiếc đồng hồ phù hợp, bạn sẽ phải đặt riêng với hãng.

Tóm lại, Phương trình thời gian là sự chênh lệch giữa thời điểm thiên đỉnh và lúc 12 giờ trưa. Phương trình thời gian thường được ứng dụng nhiều trong việc chế tạo pin năng lượng mặt trời để hứng được nhiều ánh sáng nhất. Trong ngành công nghiệp đồng hồ, những chiếc đồng hồ đeo tay có tính năng Phương trình thời gian nhằm thể hiện kỹ thuật chế tác cũng như mong muốn đạt được sự chính xác tuyệt đối khi đo đếm thời gian.

3, Bộ máy cơ học của đồng hồ Phương trình thời gian

Có 2 quy tắc chuyển động thường được áp dụng nhất được lập trình một cách cơ học trong bộ máy đồng hồ để mô phỏng phương trình thời gian một cách chính xác nhất đó là:

Chuyển động đầu tiên được sử dụng phổ biến hơn, đòi hỏi một chút tinh thần “số học” của người đeo. Một cây kim độc lập sẽ quét qua một vòng cung hoặc một mặt số phụ với phân cấp từ -16 đến +14, đóng vai trò hiển thị phương trình thời gian. Thời gian Mặt trời thực tế có thể tính được từ việc cộng thêm hoặc trừ bớt những con số đang được chỉ định trên đồng hồ. 

Chuyển động thứ hai có tên là Équation Marchante hoặc “running equation”. Chuyển động này giúp người dùng đọc phương trình thời gian dễ dàng hơn nhưng lại khiến việc chế tạo trở nên phức tạp hơn, vì vậy mà những chiếc đồng hồ có chuyển động running equation sẽ có giá thành cao hơn. Ở đây chúng ta sẽ thấy hai cây kim - một trong số đó sẽ chỉ ra thời gian Mặt trời - chạy song song với cây kim hiển thị 24 giờ. Trường hợp này thì bạn chỉ cần nhìn vào liền có thể lập tức xác định được thời gian chênh lệch mà không cần phải tính toán quá nhiều. Cơ chế Équation Marchante trình bày một cái nhìn hấp dẫn và dễ hiểu về mối quan hệ giữa Trái đất và Mặt trời.

Tính năng phương trình thời gian tuy không nhận được quá nhiều sự quan tâm, nhưng đây là một trong những tính năng phức tạp nhất trên một chiếc đồng hồ, và không phải có ở mọi mẫu đồng hồ. Vì vậy đối với một số ít người đánh giá cao nguồn gốc của chế tạo đồng hồ, phương trình thời gian vẫn được coi là một tiến bộ cơ học cấp cao và đầy sức hút.

Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến bài viết, hi vọng bài viết này đã cung cấp thông tin hữu ích dành cho bạn. Hãy theo dõi website 24Kara để cập nhật thêm các thông tin đồng hồ khác nhé!