Mechanische Uhren

Die mechanische Uhr revolutionierte die Zeitmessung durch das Zählen regelmäßiger Schwingungen. Diese Schwingungen werden bei der Pendeluhr durch das namensgebende Pendel und bei der Räderuhr durch die Unruh erzeugt. Diese Mechanismen geben in gleichgroßen Abständen den Anker frei, der wiederum der übrigen Mechanik der Uhr erlaubt die Zeiger ein Stück weiter über das Ziffernblatt zu drehen, um so die Uhrzeit anzuzeigen. Pendeluhren wurden im 17. Jahrhundert erfunden. Ihr Pendel wurde so gebaut, dass es etwa 1-mal pro Sekunde schwingt und so den Takt der Uhr vorgibt. Ihre Mechanik wurde mit Hilfe von Gewichtszügen in Gang gehalten. Umwelteinflüsse und Reibung im Getriebe sorgten aber dafür, dass diese Uhren zwischen einigen Minuten und 10 Sekunden pro Tag ungenau gingen und regelmäßig nachgestellt werden mussten. Dazu benutzte man oft einen Mittagsanzeiger – eine Sonnenuhr, die nur zur Anzeige der Mittagszeit diente.

Etwa zur selben Zeit wurde auch die Räderuhr mit Unruh erfunden, die meist als Taschenuhr gefertigt wurde. Ihre Genauigkeit war oft nicht viel besser als die der Pendeluhr. Da in der Seefahrt der Längengrad nur mithilfe einer genauen Uhr zuverlässig bestimmt werden kann wurde die Räderuhr weiterentwickelt. 1750 gelang es in England durch höhere Präzision bei der Fertigung der Räderuhr die Ungenauigkeit auf 1 Sekunde pro Tag zu verbessern. Besonders bei widrigen Umwelteinflüssen setzte man nun zunehmend auf Federangetriebene Uhrwerke mit Unruh anstatt auf Pendel. Mit der Verbreitung der Eisenbahn im 19. Jahrhundert wurde eine Minuten-genaue Zeitmessung auch im Alltag wichtig.

 

Quarz-Uhren

Die Fortschritte in Physik und Chemie des 19. Jahrhunderts und die Entdeckung der Quantenmechanik im 20. Jahrhundert sorgte dafür, dass auch die Zeitmessung immer genauer wurde. So erkannte man, dass die Genauigkeit von Uhren davon abhängt, wie kurz die Zeitintervalle sind, die man zählen muss, bis die Mechanik anzeigen kann, dass eine Sekunde vergangen ist. Die Zeitmessung im Alltag wird heute von Quarzuren dominiert. Sie messen die Zeit in dem sie die Schwingungen eines Quarzkristalls zählen. Ein Quarzelement schwingt 32.768-mal pro Sekunde und dient so als „Pendel“. Dieses Zeitsignal wird in der Quarzuhr dazu verwendet ein elektromechanisches oder ein vollelektronisches Zählwerk anzusteuern. Zur Zeitanzeige können Ziffernblatt und Zeiger, aber auch LED- und LCD-Anzeigen verwendet werden. Quarzuhren übertreffen mit einer Abweichung von nur wenigen Sekunden pro Monat mechanischer Uhren um ein Vielfaches an Genauigkeit.

Heutige Smartwatches sind am Handgelenk getragene Computer, die nicht nur mit einem Uhrenquarz die Zeit messen, sondern sich mit, per Funk übertragenem Zeitsignal, synchronisieren können. Die Zeit zeigen sie auf einem OLED-Bildschirm als Bild eines Ziffernblatts an.

 

Atom-Uhren

Die genauesten Uhren sind heute Atom-Uhren. Sie verwenden zwar ebenfalls einen Quarzkristall, um die Zeit zu messen, aber sie sind noch viel besser gegen Umwelteinflüsse abgeschirmt. So wird zum Beispiel die Temperatur in der Uhr, der Luftdruck und von außen einwirkende Schwingungen genau kondoliert. Zudem macht man sich die Eigenschaften von Cäsium (¹³³Cs) zunutze. Angeregt schwingt dieses Element 9.192.631.770-mal pro Sekunde und wird in der Atomuhr zur Korrektur der Zeitmessung auf Grundlage des Quarzkristalls verwendet. Damit wird eine Genauigkeit erreicht, bei der die Uhr nur um 1 Sekunde in mehreren Millionen Jahren abweicht. Die Synchronisation mehrerer Atomuhren auf der Welt bilden zusammen die Grundlage für die amtliche Weltzeit – genannt UTC, Universal Time Coded.

 

Zeitmessung zur Positionsbestimmung

1978 wurde der erste GPS-Satellit ins All geschossen. Damit begann das Zeitalter der Satellitennavigation, die eine weitere Anwendung der Atom-Uhr darstellt. Jeder Navigationssatellit hat eine sehr genau gehende Atom-Uhr an Bord und funkt andauernd auf einer bestimmten Frequenz wie spät es auf seiner Uhr gerade ist. Auf der Erde werden die Zeitsignale von mindestens vier Satelliten von einem GPS-fähigen Gerät aufgefangen und verrechnet. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist und die Umlaufbahnen der einzelnen Satelliten bekannt sind, kann aus der Zeit, die seit dem Abschicken des Signals vergangen ist, die Entfernung zwischen Satellit und Empfänger berechnet werden. Aus drei solcher Entfernungen kann der Standort des GPS-Geräts auf der Erde berechnet werden - je nach Satellitenbetreiber bis auf wenige Zentimeter genau. Das Zeitsignal muss sehr genau sein, da eine Zeitdifferenz von nur einer Mikrosekunde bereits einem Entfernungsunterschied von 300 Metern entspricht.

Neben dem GPS-System, das von den Vereinigten Staaten betrieben wird, betreibt Europa das GALILEO-System, die Russische Föderation das GLONASS-System und die Volksrepublik China das BEI-DOU-System.

 

Zur Skulptur

Die Zeit bewegt sich entlang des Zeitpfeils immer nur in eine Richtung fort. Der Mensch versucht diesen Vorgang seit jeher zu beschreiben und hat dabei verschiedene Arten der Zeitmessung entwickelt. Die Skulptur unten beschreibt auf künstlerische Weise wie Sonnen- und Mondkalender, Sonnen- und mechanischen Uhren, Sand- und Atomuhren dazu genutzt werden.

 

500 m bis zur letzten Station

212 m bis zum Pluto

 

Information zu den Sonnenuhren am Gerichtsgebäude

Diese Sonnenuhren sind der preisgekrönte Entwurf von Sybille Vogel und Karl Schwarzinger und wurden im Auftrag der Kulturinitiative HUANZA im Jahre 2000 von der Fachschule für Kunsthandwerk und Design in Elbigenalp unter der Leitung von Ernst Hornstein an der Südseite des Bezirksgerichtes Reutte aufgemalt. Den Sonnenuhren verschiedener Epochen sind Symbole zugeordnet, die den jeweiligen Zeitgeist kennzeichnen sollen.

1. Gebetsuhr (links oben):

In den Klöstern wurden etwa ab dem 7. Jh. Sonnenuhren zur Bestimmung der Gebetszeiten verwendet. Die Hinwendung zur Spiritualität und Mystik, für die die mittelalterliche Gebetsuhr steht, wird durch das Dreieck mit dem göttlichen Auge und eines der ältesten Symbole des Christentums, den Fisch, symbolisiert.

2. Antike Sonnenuhr (links unten):

Im Mittelpunkt der antiken Sonnenuhr sollte die Sonne selbst stehen. Die Hochschätzung von Wissenschaft und Weisheit in der Antike ist durch die Eule und die geometrische Einteilung des Ziffernblattes ausgedrückt. Bis zum Aufkommen der Räderuhren (14. Jh.) waren die sogenannten „Temporalstunden“ das bürgerliche Zeitmaß. Die Tageszeit wurde vom Sonnenaufgang bis zum Sonnenuntergang in 12 gleiche Teile geteilt: 1., 2., 3. Stunde usw.

3. Sonnenuhren für die wahre Ortszeit (rechts oben):

Die Uhr der letzten Jahrhunderte ist mit der Schnecke geschmückt, die ein Symbol der Erneuerung darstellt. Mit Einführung der Räderuhren gab es eine Umstellung zu den sogenannten Äquinoktialstunden. Die Zeit von Mitternacht bis Mitternacht wurde in 2 x 12 gleichlange Stunden geteilt. Das Zeitmaß nennt man wahre Sonnenzeit oder Ortszeit. Dieses Zeitmaß wurde ab dem Beginn des 19. Jh. nicht mehr verwendet, da es ungleichmäßig ist. Es wurde durch eine gleichmäßige mittlere Sonnenzeit ersetzt.

4. Sonnenuhr für unsere Gebrauchszeiten (rechts unten):

Die heutige Zeitmessung wird durch die moderne Zonenzeituhr gezeigt. Seit Ende des 19. Jh. leben wir auf der ganzen Welt mit Zonenzeiten, welche auf der mittleren Sonnenzeit basieren und an Zonenmeridiane gebunden sind. Mit den Achterschleifen kann man die MEZ und die Sommerzeit direkt ablesen. Abgelesen wird im Winter auf der Schleife links oben, im Frühjahr rechts unten, im Sommer links unten und im Herbst rechts oben.

Gemeinsame Elemente sind in allen Zeitaltern Vögel, die von Kontinent zu Kontinent, von Jahreszeit zu Jahreszeit und ewig von der Erde zum Himmel ziehen mögen.