Saat, zaman birimini gösteren aygıta denir. İnsanoğlu tıpkı kum saati gibi kısa sürelerde yalnızca saatin bir parçasını veren ve İ.Ö.III. binyıllarda bulunmuştur. Mısırlıların su saatinden ve gölgesiyle Güneş'in ilerleyişini gösteren düşey bir çubuktan oluşan Güneş saatinden başlamıştır. Kuvarslı saate ve dijital(sayısal) saat, 300 bin yılda bir saniyelik hata yapan atom saatine kadar, zaman belirlemede önemli gelişmeler gerçekleştirmiştir.

Galilei'nin sarkaç hareketi üstündeki çalışmalarını değerlendiren Huygens, 1657'de ilk sarkaçlı saati, bir kaç yıl sonra da sarmal yayı bulmuştur. Huygens'in temel ilkelerini ortaya koyduğu bu mekaniğin geliştirilmesi için, yaklaşık 300 yıl boyunca teknik ayrıntılarla uğraşılmıştır. Yavaş inişli bir ağırlıktan ya da dişli bir silindir kutu içine yerleştirilmiş bir yaydan oluşan motris(hareket ettirici) bir organ; pinyon dişliler ve çarklarla, hem enerjiyi ileten, hem saati gösteren bir dağıtım düzeneği. Kesikli itişlerle enerjiyi serbest bırakan bir eşapman; son olarak da, enerjinin dağıtımında sabitliği sağlayan sarkaç ya da sarmal yay biçiminde bir ayar düzeneği.

Ağırlıklı saatlerde yaklaşık 1 m, yaylı saatlerdeyse 25cm boyunda olan sarkaç kolu, masaya bağlı bir çatalın kolları arasından geçer. Öte yandan, bir silindire sarılan askı teline bağlı bir ağırlık ya da motris sarmal yay, bir çok dişli takımıyla hareketi küçültüldükten sonra, eşapman çarkını döndürür. Bu çarkın dişleri arasında maşanın dilleri hareket eder.
"Saat" sistemin en önemli düzeneği, eşapmandır. Eşepman çarkının üstünde, maşanın iki dili göze alındığında, çarkın bir dişi maşanın bir diline dayanırsa, sarkacın salınımı maşayı döndürdüğünde, bu diş serbest kalırken, öbür dil bir başka dişi kilitler ve çarkı durdurur. Saat sarkacın her devrinde, eşapman çarkının bir dişi ilerler. Bu dişlerin maşa diline çarpması, tik-tak sesini doğurur. Dillerin uçları eğik yontulmuştur; kurtulan bir diş, maşayı hafifçe iter ve maşa bu itişi, çatal yardımıyla sarkaca iletir. Böylece, sürtünme yüzünden sarkacın durması önlenir ve salınım sürer.

Saat, Uygun bir çatal düzeni, göstergelerin ve saatin çalışmasını sağlar; ama çalar saatte, ikinci bir motris, ağırlık ya da yay bulunur. Sarkaç hareketini sürdürmek için, ağırlığın inişi ya da yayın açılması yerine, elektriğe başvurulabilir. En yalın yöntemde, sarkaç kütlesi, mıknatıslı bir çubuktan oluşur ve her devirde elektrik bobini tarafından çekilir.
Kol saatlerinde sarkacın yerini, sarmal bir yaydan oluşan düzenleyici alır. Regülatöre bağlı olan ve salınım yapan bir volan, maşa çatalını, bir dille hareket ettirerek, aşapman çarkının almaşık çalışmasını sağlar.

Sıkışma ve çekme güçleriyle karşılaşan kuvars levhanın, elektrik akımı doğurduğu bilinmektedir."Peizo elektrik etki" adı verilen bu olay, tersinir bir olaydır. Saat, dolayısıyla, aynı kuvars levhaya akım verilirse, art arda çekme ve sıkışmayla karşılaşır. Saniyede 10 000'e ulaşan bu titreşim, laboratuvarlarda kullanılan çok duyarlı saatlerin beslenmesini sağlar.
Son olarak, iyice belirlenmiş devirsel her olay, bir saatin temel mekanizmasını oluşturabilir. Bu nedenle fizikçiler atomların bazı hallerine özgü titreşimleri kullanarak, atom saatlerini gerçekleştirmişlerdir. Saniyenin duyarlı tanımı karmaşıktır ve şöyle yapılır: Saniye, sezyum 133 atomunun, temel halin iki aşırı ince düzeyi arasındaki geçişi sırasında doğan 9 192 631 770 ışınım devrine eşittir.

1897-1902 arasında Leroy tarafından yapılan bu saat (çapı 7cm, kalınlığı 2,5cm) 975 parça içerir. Ay'ın evrelerini, mevsimleri, gündönümlerini ve ılım noktalarını, Kuzey ve Güney yarıkürelerde gökyüzünün durumunu, dünyanın 125 kentindeki saati, Lizbon'da güneşin doğuş ve batış saatlerini bildirir. Saat ayrıca bir kronograf, bir dakika sayacı, bir küçük zil, üç tınılı bir çan sesi düzeni, bir yükseklik ölçer, bir nemölçer, bir basınç ölçer ve pusulayla donatılmıştır.



Bir sarkaçlı saatte "r" eşapman çarkı, sarkaç hareketini sürdüren çatala bağlı "a" maşasını çalıştırır. Buna karşılık sarkacın salınımları, çatal ve maşa yardımıyla, eşapmanını kesikli hareket yapmasını sağlar.

Kuvarslı Saat

Kuvarslı Saat, Kuvars kristalinin piezoelektrik özellikleri 1880'de Pierre ve Jacques Curie kardeşler ile Edmund Oskar Von Lippman (1857-1940) tarafından bulundu. 1920 ile 1930 arasında, rezonanslı kuvars plaketleri teorisi, Amerika Birleşik Devletleri'nde Pierce, Cady, Mason ve Lack tarafından geliştirildi. 1930'da Scheibe ve Adeisberger, sonradan adı PTB (Physikalische Technische Bunddesanstalt) resmi alman meteoroloji laboratuvarı PTR'de kuvarslı saat üzerinde ilk çalışmalarını yaptılar. Elektronik tüplü kuvars saatleri ile klasik sarkaçlı saatler arasında yapılan karşılaştırma, 1930-1939 yılları arasında Dünya'nın hareketlerindeki düzensizlikleri göstermede kuvarsın hiş de aşağı kalır olmadığını gösterdi. 1960'da transistorların kullanmaya başlanması, kuvarslı saati denizci kronometresi boyutuna indirdi.

Neden Kuvars?

Her şeyden önce, kullanacağı saatin çok dakik olmasına önem veren güç beğenir bir müşteri gurubu vardır. Bunlar, astronomik bir gözlem evince kontrol edilmiş kronometreli kol saatleri satın alan kimselerdir. Bu kimselerin en iyi kronometreli kol saatini aramalarının sonucu ise kuvarslı saatin yapılması oldu. Bu saatlerin beğenilmesinin bir başka nedeni de kullanışıyla ilgili bir kolaylıktı: Saatin uzun süre ve doğru olarak çalışması ve çalışmasının iki ayar ya da takvim düzeltme noktası arasında yeterince istikrarlı olması. Oysa kadranlı klasik saatlerde, takvim düzeltmesi 3 ayda 1, üç aylık düzenli bir çalışmadan sonra yapılmaktadır. Yani örneğin takvimi 30 haziranla 30 eylül arasında; sonra 30 aralıkla 28 (ya da 29) şubat arasında düzeltmek gerekmektedir. Oysa sıcaklığın iki uçta (en sıcak ve en soğuk) bulunduğu bu dönemlerde biriken zaman hatası günlük yaşamı etkilemeyecek ölçüde olduğu, yani bir iki dakikayı aşmadığı için, en iyisi saat kısmına hiç dokunmamaktır.

Ortalama bir kullanıcı, üç ayda bir dakikalık, yani ayda ortalama 20 saniyelik, dolayısıyla günde en çok bir saniyelik bir zaman hatasına razıdır. Bunu (yaylı veya diyapazonlu) hiçbir kol saati sağlayamaz: bu dakikliğe ancak kuvarslı saatlerle varılabilir.

Piezoelektrik kuvars ile dışarı arasındaki sinyal alışverişi elektriksel nitelikte olduğu için, saati çalıştıracak elektrik siteminin, osilatör kayıplarını (iç sürtünmeler, mesnetlerin mekanik kaybı) karşılayacak enerjiyi bir pilden alan bir elektriksel amplifikatöre ihtiyacı vardır.

Titreşimleri doğrudan doğruya ve mekanik olarak kuvarstan alma olanağı yoktur. Çünkü her şeyden önce titreşimlerin genliği çok küçüktür, milimetrenin birkaç kesrini geçmez; sonra fazladan bir amortisör yerleştirilmek ister. Üçüncü bir neden daha vardır: Saatte mekanik dönüştürücülerin çalışma frekansı çok yüksektir; kol saatinin içinde işe yarar alanın çok küçük ve iri kuvars kristallerinin çok pahalı olması, ayrıca şoklara ve yer değiştirmelere karşı dayanıklılık sağlaması için, çalışma ritminin 10khz'in üzerinde bir frekansa (saniyede 10 000 salınım) ulaşması gerekir.

Bu durumda, göstergeye ulaşacak olan elektriksel sinyalin bir arabirim tarafından üretilmesi gerekir; ve tabi ki bu sinyalin frekansı, kuvarsınkinin alt katı olmadır. Kuvars titreşimi ile uyarılan bu arabirim düzeneğine "bölücü" ya da "sayıcı" denir. Son frekans genellikle bir ya da bir kaç hertz olur: Sayıcıdaki indirim oranı binler basamağıdır.
Saat, elektronik bölücülerin ikili sistemde çalışmaları kuvars frekansının bu sistemi uyarlanmasını gerektirir; bu da kuvarslar için genellikle 32 768hz'dir. Bu durumda kuvars kristali büküm etkisinde çalışan bir diyapozon şeklindedir.
Masa ve duvar saatlerinde ise, yüksek frekanslı, yani çok hızlı titreşen plakçık şeklinde (4 megahertz frekanslı) kuvarslar kullanılır.

İbreli Analojik Kol Saatleri

Bu kuvarslı saatlerin görünümü mekanik saatlerinkinden farksızdır. Bunlarda zaman tabanı bir kuvars kristaldir. "Saat" beslenme sistemi de bir transistorlu sinyal amplifikatör içerir: Sayma işlemi, bir pilden enerji sağlayan bütünleşmiş devre şeklinde beslenme düzeneğine bağlı bir bölücü tarafından yapılır. Bölücüden (sayıcıdan) çıkan elektrik sinyali genellikle saniye bir tanedir ve kerteli bir motoru hareket ettirir. Dakika ve saat sayımını motora bağlı bir dişli çark düzeni sağlar; hareket, klasik görünümlü ibrelere ve takvim göstergesine iletilir. Motorlar, kapladıkları yer ve enerji verimi dışında, dış etkiler karşısında çalışma güvenliklerine göre birbirinden farklı olabilir.

Tümüyle Elektronik Sayısal Saatler

Bu saatlerin zaman tabanı, beslenmesi ve elektronik bölücüsü ibreli analojik saatlerinki gibidir, ama saniye, dakika, saat, gün ve ay sayımları, bellek görevi de yapan bir elektronik sayıcı tarafından yapılır. Saat ve tarih gösterimiyse, hareketsiz parçalardan oluşan elektronik yolla kumanda edilen rakam şeklindeki sembollerle gösterilir.