घड्याळ

घड्याळ : वेळ दाखविणारे यंत्र अशा काही यंत्रांंत वेळेची नोंदही केली जाते. पृथ्वीच्या दैनिक परिभ्रमणाला लागणारा काळ शक्य तितक्या अचूकपणे २४ सम-कालखंडांत विभागून प्रत्येक कालखंडाला १ तास समजण्यात आला आहे. प्रत्येक तासाची ६० मिनिटे आणि प्रत्येक मिनिटाचे ६० सेकंद असे पुढचे भाग पाडण्यात येऊन यानुसारच सर्व घड्याळांत नियमित गतीनुसार वेळदर्शक घटकांचे चलन सम कालखंडांत नियंत्रित होत राहील अशी रचना करण्यात आली आहे.

एक मोठे व दुसरे लहान असे स्थूलमानाने घड्याळांचे दोन प्रकार आहेत. मोठमोठ्या इमारती, देवळे, मनोरे, रूळमार्गावरील (रेल्वेवरील) मोठी स्थानके यांवर लावलेली व सर्वांना लांबून दिसतील अशी घड्याळे, तशीच भिंतीवर लावायची घड्याळे पहिल्या प्रकारात मोडतात. कपाटावर, टेबलावर ठेवता येणारी किंवा सहजपणे इकडून तिकडे नेता येणारी, खिशात ठेवता येणारी किंवा मनगटावर बांधता येणारी घड्याळे दुसऱ्या प्रकारात मोडतात.

घड्याळातील कार्यकारी तत्त्वे, ती चालविण्याची ऊर्जा व त्यातील भागांची रचना यांचे विविध प्रकार आहेत. ते असे : (१) ज्यात केवळ नित्य अनुभवास येणाऱ्या नैसर्गिक आविष्कारांचा उपयोग केलेला असतो, (२) ज्यात यांत्रिक तत्त्वांचा व ऊर्जेचा वा विद्युत् ऊर्जेचा उपयोग केलेला असतो, (३) ज्यात यांत्रिक तत्त्वांचा व इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्त्यांचा उपयोग केलेला असतो आणि (४) ज्यात अणुस्पंदनाचा उपयोग केलेला असतो. अणुस्पंदनावर अवलंबित असलेली घड्याळे अत्यंत अचूक वेळ दाखवितात. त्यांना आणवीय कालमापक असे म्हणतात [⟶ आणवीय कालमापक].

नैसर्गिक आविष्कारांचा उपयोग : फार पुरातन काळी सूर्य, चंद्र व तारे यांच्या भ्रमणावरून मोघमपणे वेळ ठरविली जात असे. दिवसा उन्हामुळे पडणाऱ्या सावलीवरून वेळ मोजण्याचे एक साधन [⟶ सूर्यछाया घड्याळ] इ. स. पू. १५०० च्या सुमारास ईजिप्तमध्ये वापरात होते. त्याचा अवशेष बर्लिन येथील संग्रहालयात ठेवलेला आहे. त्यानंतर १००-१२५ वर्षांनी ईजिप्तमध्ये वापरात असलेले पाणघड्याळ (जलयंत्र) कैरो येथील संग्रहालयात आहे व ते आ. १ मध्ये दाखविले आहे.

एका पसरट व खाली निमुळत्या होणाऱ्या भांड्याच्या आतील बाजूस एक मोजपट्टी ठेवलेली असे. पट्टीच्या सर्वांत वरच्या खुणेपर्यंत भांड्यात पाणी भरीत. बुडाशी असलेल्या छिद्रातून पाणी बाहेर पडत असे. भांड्यातून छिद्रावाटे जसजसे पाणी बाहेर पडे तसतशी भांड्यातील पाण्याची पातळी भांड्याच्या निमुळतेपणामुळे पट्टीवरून सम प्रमाणात खाली जात असे. मोजपट्टीवर वेळ दर्शविणाऱ्या रेषा असत. सूर्योदयापासून सूर्यास्तपर्यंतचा कालखंड छायायंत्राच्या तबकडीवर १२ सारख्या अंतरांत विभागलेला असे. सूर्यास्तापासून सूर्योदयापर्यंतचा कालखंड पाणघड्याळातील पट्टीवर १२ सारख्या अंतरांतच विभागलेला असे. तथापि छायायंत्राच्या दिवसाचा एकूण कालखंड व पाणघड्याळाचा रात्रीचा कालखंड ऋतूप्रमाणे बदलत असे. भारतीय, ग्रीक, रोमन व चिनी लोकांनी वरील दोन्ही यंत्रांत थोड्या फार सुधारणा करून ती वापरात आणली होती [⟶ पाणघड्याळ].

चौदाव्या शतकात यूरोपमध्ये वाळूच्या घड्याळाचा उपयोग होऊ लागला. यात एका लाकडी चौकटीत, एकमेकांना छिद्राने जोडलेली दोन काचेची भांडी असत (आ. २). एका भांड्यात बारीक कोरडी वाळू घालून त्या छिद्रावाटे ती सर्व १ तासात खालच्या भांड्यात पडेल अशी रचना असे. सर्व वाळू पडल्याबरोबर लगेच घड्याळ उलटे केले जात असे. अशा तऱ्हेने १ तासाचा कालखंड मोजण्यात येत असे. ही घड्याळे भारतातही वापरात होती. सारख्या प्रमाणात जळणाऱ्या मेणबत्तीवरून किंवा दिव्यातील जळणाऱ्या तेलाच्या खाली जाणाऱ्या पातळीवरूनही कालाचे मापन करण्यात येत असे.

यांत्रिक तत्त्वांचा व ऊर्जेचा उपयोग : पाणघड्याळातून पाणी पाडण्यापेक्षा खाली येणाऱ्या वजनामुळे मिळालेल्या यांत्रिक ऊर्जेने, दंतचक्रे वापरून व खाली येणाऱ्या वजनाच्या गतीचे नियमन करून मोठी घड्याळे बनविण्याची कल्पना निघाली. अशा घड्याळाचा शोध नक्की केव्हा लागला हे सांगता येत नाही पण चौदाव्या शतकाच्या मध्यापासून अशी घड्याळे यूरोप खंडात अस्तित्वात आली होती असे दिसते. इंग्लंडमधील सॉल्झबरी कॅथीड्रलावरील वजनावर चालणारे घड्याळ १३८६ मध्ये बसविण्यात आले. फ्रान्समधील र्‌वे या गावी १३८९ मध्ये व वेल्स कॅथीड्रलावर १३९२ मध्ये अशीच घड्याळे बसविण्यात आलेली होती. इटलीतील जोव्हान्नी डोंडी यांनी असेच एक उत्तम घड्याळ १३६४ साली बनविले होते. ते घड्याळ पुढील २०० वर्षे काम देत होते. या घड्याळांना फक्त तासाचा काटा होता. अशी घड्याळे पुढे चर्चांवर व मोठ्या इमारतींवर बसविण्यात येऊ लागली.

ही घड्याळे लोखंडाची केलेली असत. एका मोठ्या चाकावर दोर गुंडाळून त्याला लावलेले वजन हळूहळू खाली यावे यासाठी दंतचक्र मालिकेची आणि तरफ (फोलिओट) व खांबली (व्हर्ज) सुटका प्रयुक्ती यांचा उपयोग केलेला असे. या प्रयुक्तीची रचना आ. ३ मध्ये दाखविली आहे.

अआ या आडव्या दांड्याच्या (तरफ) मध्यातून एक खांबली (उभा दंड) इई जाते. या उभ्या दांड्याला दोन कुत्री (उ, ऊ) अंगचीच काढलेली असतात. या दोन कुत्र्यांमध्ये आलटून पालटून दातेरी चाकाचे दाते अडकतात व सुटतात. या दातेरी चाकाचा आस (एऐ) घड्याळ चालविणाऱ्या यंत्रणेशी जोडलेला असतो. आडव्या दांड्याच्या दोन्ही टोकांजवळ वजने (क, क) टांगलेली असून ती दांड्यावर पुढे मागे करण्याची व्यवस्था असते. ह्या आडव्या दांड्याला क्षैतिज (आडव्या) पातळीत आंदोलनाची गती दिल्यावर कुत्र्यांनी अडकविलेला दातेरी चाकाचा एकेक दाता सुटतो व दुसरा अडवला जातो. दाता सुटताना कुत्र्यामार्फत आडव्या दांड्याला धक्का बसतो म्हणजे आवेग मिळतो व आडव्या दांड्याची आंदोलन क्रिया टिकून राहते. आडव्या दांड्याचा आंदोलनाचा काळ, म्हणजेच त्याचा आवर्तन काल, हा यंत्रणेत गुंडाळलेल्या व खाली पडत राहणाऱ्या वजनावर अवलंबून असतो. तसेच कुत्र्यात अडकणाऱ्या व सुटणाऱ्या दातांच्या आकारावरही तो अवलंबून असतो. पूर्वीच्या या सुटका प्रयुक्तीतील दोषामुळे एका दिवसात अर्ध्या तासाचीही चूक होत असे. त्यानंतर अशीच वजनावर चालणारी पण थोडी लहान घड्याळे घरगुती वापरासाठी करण्यात आली. त्यातील सुटका प्रयुक्ती वर वर्णन केल्याप्रमाणेच होती पण आडव्या दांड्याऐवजी एक चक्र (याला तोलचक्र म्हणतात) वापरण्यात आले. घड्याळाची यंत्रणा चालविणाऱ्या वजनातच फक्त फेरफार करून कालनियंत्रण केले जात असे.

चौदाव्या शतकाच्या मध्यापासून ते सतराव्या शतकाच्या मध्यापर्यंत वजनावर चालणाऱ्या घड्याळाच्या कालनियंत्रणाच्या तत्त्वात विशेष प्रगती झाली नाही, तरी लोखंडाऐवजी पितळ वापरण्यात आले आणि घड्याळाची एकूण सजावट व कारागिरी यांत बरीच सुधारणा होत गेली.

पंधराव्या शतकाच्या अखेरी अखेरीस वजनाच्या ऐवजी पोलादी स्प्रिंगेचा उपयोग करण्यास पेटर हेनलाइन या जर्मन गृहस्थांनी प्रथमतःच सुरुवात केली. वजन खाली पडत असताना घड्याळातील यंत्रणेला जी ऊर्जा मिळते तशीच ऊर्जा पोलादी स्प्रिंग एका डबीत घालून व किल्ली फिरवून पूर्ण गुंडाळून हळूहळू ती उलगडत असताना (तिच्यातील स्थितिस्थापकतेच्या गुणामुळे) मिळत राहते. हे जरी खरे असले, तरी स्प्रिंग पूर्ण गुंडाळल्यानंतर लगेच ती उलगडत असताना मिळणाऱ्या ऊर्जेचे प्रमाण व शेवटी शेवटी मिळणाऱ्या ऊर्जेचे प्रमाण यांत फार फरक पडू लागला. स्प्रिंगेचा शोध लागल्यानंतरसुद्धा तरफ व खांबली हीच सुटका प्रयुक्ती कालनियंत्रणासाठी वापरात होती. या सुटका प्रयुक्तीला जर नित्य स्थिर महत्तेची चालक प्रेरणा मिळत राहिली, तरच त्या सुटका प्रयुक्तीचे कालनियंत्रण सुरळीतपणे होऊ शकते. ती चालक प्रेरणा (परिबल) स्प्रिंग उलगडावयास सुरुवात झाल्यापासून ती पूर्ण उलगडेपर्यंत सारख्याच प्रमाणात मिळत रहावी म्हणून काही प्रयुक्त्या शोधण्यात आल्या. त्यांपैकी एका प्रयुक्तीची (हिला फुझी म्हणतात) रचना आ. ४ मध्ये दाखविली आहे.

एका डबीत स्प्रिंग असून तिच्या बाहेरच्या बाजूवरून एक बारीक साखळी निमुळत्या होणाऱ्या व मळसूत्री खाचा असलेल्या कप्पीवर गुंडाळलेली असते. ही कप्पीही डबीतच असते. किल्ली देऊन गुंडाळलेली स्प्रिंग जेव्हा प्रथम उलगडावयास लागते तेव्हा कप्पीवरील साखळी तिच्या सर्वांत कमी त्रिज्या असलेल्या खाचेवर असते. त्यामुळे स्प्रिंगेची प्रेरणा जास्त असली, तरी कप्पी त्रिज्या (भुजा) कमी असते. स्प्रिंग बरीच उलगडल्यानंतर तिची प्रेरणा कमी होत असली, तरी त्यावेळेस साखळी कप्पीच्या मोठ्या त्रिज्येच्या खाचेवर असते. अशा रीतीने प्रेरणा X भुजा हा गुणाकार म्हणजे परिबल स्थिर ठेवला जातो व स्प्रिंग उलगडत असताना घड्याळातील दंतचक्र मालिकेला, तसेच सुटका प्रयुक्तीला, सम प्रमाणात ऊर्जेचा (परिबलाचा) पुरवठा होत राहतो. दुसऱ्या एका प्रयुक्तीत (हिला स्टॅकफ्रीड प्रयुक्ती म्हणतात) स्प्रिंग गुंडाळाल्यावर लगेच उलगडताना घर्षणाचा दाब दिला जातो व तो दाब जसजशी स्प्रिंग उलगडत जाईल तसतसा कमी होत जातो. स्प्रिंगेच्या डबीची रचना व त्यावरील काही यांत्रिक युक्त्या यांमुळे ऊर्जेचा पुरवठा सम प्रमाणातच होत राहतो. अलीकडे या प्रयुक्त्या वापरात नाहीत.

सुरुवातीच्या वर वर्णन केलेल्या काही घरगुती अशा घड्याळांना फक्त तासाचाच काटा असे पण सतराव्या शतकाच्या सुरुवातीस काही घड्याळांना मिनिट काटाही जोडण्यात आला. तथापि ह्या घड्याळांतही दिवसात १५ मिनिटांची चूक राहत असे.

लंबकाची घड्याळे : सोळाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात, गॅलिलीओ यांनी पीसा येथील कॅथीड्रलामधील हेलकावे खाणाऱ्या दिव्याच्या हेलकाव्यांचे अंतर (परमप्रसर) जरी कमी होत गेले, तरी दिवा एका टोकापासून दुसऱ्या टोकापर्यंत जाण्यास लागणाऱ्या काळात फरक पडत नाही हे स्वतःच्या नाडीच्या स्पंदन काळावरून ठरविले. हेलकावे खाणारा दिवा म्हणजे एक प्रकारचा लंबकच होय. पुढे लंबकाच्या या गुणधर्माचा घड्याळांमध्ये उपयोग करण्यात आला.

वजनांनी किंवा स्प्रिंगांनी दिलेली ऊर्जापुरवठा नियमित करण्यासाठी लंबकाचा आणि त्याचबरोबर तरफ व खांबली या सुटका प्रयुक्तीऐवजी सुधारित अशी नांगर किंवा प्रत्याघाती सुटका प्रयुक्ती सु. १६७० मध्ये वापरात आली. ही प्रयुक्ती आ. ५ मध्ये दाखविली आहे. उ या सुटका चक्राचे दाते तरफ व खांबली यांत असलेल्या चक्राच्या दातांपेक्षा निराळे असून ते चाकाच्या पातळीतच असतात. आ आणि इ ही दोन कुत्री उ चाकाच्या दातांना आलटून पालटून धरतात व सोडतात. त्यामुळे अ या ठिकाणी असणाऱ्या खिळीभोवती कुत्री असणारा हा नांगरासारखा आकडा (आ अ इ) डोलतो. अ मधून जाणाऱ्या खिळीला एक कुबडी जोडली असून (आकृतीत खीळ व तीवरील कुबडी दाखविलेली नाही) तिच्यामुळे लंबकाला योग्य वेळी लहानसा धक्का (आवेग) दिला जातो. जेव्हा लंबक उजव्या बाजूस जातो तेव्हा अइ उचलले जाऊन उ चाकाचा द दाता सुटतो व आ च्या बाहेरच्या बाजूस असलेला चाकाचा दाता त्यावर टेकतो. लंबक डाव्या बाजूकडे गेला म्हणजे आ कुत्रे उचलले जाते व दुसरा दाता इ मध्ये अडकला जातो. प्रत्येक स्पर्शाच्या वेळी व स्पर्शाच्या ठिकाणी दाते कुत्र्यांवर आघात करून लंबकाला चालना देतात. अशा तऱ्हेने लंबकाचे आंदोलन चालू राहते व घड्याळाचे कालनियंत्रण नियमितपणे होत राहते.पण आ कुत्र्याच्या विशिष्ट

आकारामुळे लंबकाचा परमप्रसर वाढला, तर आ जवळच्या दातावर दाब पडून सुटका चक्र मागे जाते व प्रत्याघात होतो. याचे कारण कुत्र्याचा व सुटका चक्राच्या दातांचा आकार होय. तथापि तरफ व खांबली या सुटका प्रयुक्तीपेक्षा ही नांगर सुटका प्रयुक्ती अधिक कार्यक्षम आहे व स्वस्त असणाऱ्या मोठ्या घड्याळांत लंबकाबरोबर ही सुटका प्रयुक्ती अद्याप वापरात आहे. सुटका चक्राने लंबकाला योग्य वेळी आवेग दिल्यानंतर, त्याची आंदोलने पूर्णपणे मुक्त रीतीने होण्यासाठी वरील नांगर सुटकेपेक्षाही निर्दोष अशी एक सुटका प्रयुक्ती तयार करण्यात आली. या प्रयुक्तीची रचना आ. ६ मध्ये दाखविली आहे. ही सुटका प्रयुक्ती १७१५ मध्ये जॉर्ज ग्रॅहॅम यांनी तयार केली. हीत लंबकाची आंदोलने मुक्तपणे होऊन नांगर सुटका प्रयुक्तीतील प्रत्याघात दोषाचे निवारण केलेले आहे. त्यामुळे लंबकाचा गोळा वजनदार ठेवता येणे शक्य होऊ लागले. या सुटका प्रयुक्तीला प्रत्याघातशून्य (डेड बीट) किंवा कंपशून्य सुटका प्रयुक्ती म्हणतात.

या प्रयुक्तीच्या रचनेत उ या सुटका चक्राच्या दात्यांचा आकार आ. ५ मधील चक्राच्यापेक्षा वेगळा आहे. तसेच आ कुत्र्याच्या बाहेरचा भाग आणि इ कुत्र्याचा आतील भाग हे अ हा मध्यबिंदू असलेल्या वर्तुळाचे चाप आहेत. लंबक व त्याला आवेग देणारी कुबडी पूर्वी वर्णन केल्याप्रमाणेच असते.                     

वेस्ट मिन्स्टरवरील बिग बेन या मोठ्या घड्याळात ‘गुरुत्वीय’ सुटका प्रयुक्ती वापरली आहे. या रचनेत तीन पाती असलेली दोन सुटका चक्रे असतात. ही प्रयुक्ती लॉर्ड ग्रिमथॉर्प यांनी तयार केली. या घड्याळातील लंबक ४ मी. लांब असून लंबकाचा परमप्रसर कायम राखला जातो. लंबकाच्या कालनियंत्रक गुणधर्मामुळे मोठ्या इमारतींवरील घड्याळांमध्ये किंवा भिंतीवर लावलेल्या घड्याळांमध्ये लंबकाचा उपयोग सर्वत्र होऊ लागला. लंबकाच्या नियमाप्रमाणे त्याचा आवर्तन काल क = २ π√ ^ल/_ग या सूत्राने मिळतो. येथे क एका टोकापासून निघून पुन्हा त्याच ठिकाणी येण्यास लागणारा काळ, सेकंद ल = लंबकाची लांबी (निलंबन बिंदूपासून म्हणजे ज्या बिंदूपाशी लंबक टांगलेला आहे त्या बिंदूपासून ते लंबकाच्या गोळ्याच्या गुरुत्वमध्यापर्यंत), मी. ग = गुरुत्वीय प्रवेग, मी./से^२ तापमानातील बदलामुळे ल मध्ये फरक पडल्यास क च्या मूल्यात फरक पडतो. तापमानात वाढ झाल्यास लांबी वाढते व घड्याळ मागे जाते. तापमान कमी झाल्यास लांबी कमी होऊन घड्याळ पुढे जाते. लंबकाची दांडी पितळ, पोलाद किंवा लाकूड यांची बनविली, तर तापमानातील सु. १२ सें. च्या फरकामुळे अनुक्रमे दिवसास ९ सेकंद, ५ सेकंद व २ सेकंद फरक पडतो. त्यामुळे इमारतींवर लावलेल्या मोठ्या घड्याळातील लंबकाची दांडी लाकडाची बनविलेली असते.

तापमानातील बदलामुळे लंबकाच्या लांबीत होणाऱ्या फरकाचे निराकरण व्हावे म्हणून अनेक प्रयुक्त्या प्रचारात आहेत. जॉन हॅरिसन यांनी सु. १७२० मध्ये पुढील प्रयुक्ती प्रचारात आणली. लंबकात निरनिराळ्या धातूंच्या दोन पट्ट्या असून एका धातूच्या पट्ट्या वरच्या बाजूस तर दुसऱ्या धातूच्या पट्ट्या खालच्या बाजूस पक्क्या बसविलेल्या असतात. त्यामुळे तापमानात फरक पडताच एका धातूचे प्रसरण वरच्या बाजूस व दुसऱ्या धातूचे प्रसरण खालच्या बाजूस होते आणि दोन्ही धातूंचे प्रसरण विरुद्ध दिशांस अशा तऱ्हेने होते की, लंबकाचा गुरुत्वमध्य न हालता मूळ लांबी तीच राहते. अशा लंबकाला प्रतिपूरित लंबक म्हणतात.

काही वर्षांनंतर जॉर्ज ग्रॅहॅम यांनी लंबकाच्या गोळ्याऐवजी तेथे पाऱ्याने भरलेल्या एका चित्याकृती (दंडगोलाकार) भांड्याची योजना केली. तापमानामुळे पाऱ्याचे प्रसरण वरच्या बाजूस होते, तर भांडे धरणारा धातूचा दांडा खाली प्रसरण पावतो व अशा तऱ्हेने एकूण लांबीत फरक होत नाही. यासाठी भांड्यातील पाऱ्याच्या आयतनाची (घनफळाची) वगैरे बरोबर जुळवणी करावी लागते.

इनव्हार व एलिनव्हार ह्या मिश्रधातूंचा शोध लागून त्यांच्यामुळे अनुक्रमे तापमानातील चढउतारामुळे होणारे प्रसरण आणि स्थितिस्थापकतेमधील फरक नगण्य मूल्यांपर्यंत खाली आणणे शक्य झाले. यामुळे लंबकांच्या दांड्या आणि स्प्रिंगा बनविण्याकडे या मिश्रधातूंचा वापर होऊ लागला.

चुंबकीय सुटका प्रयुक्ती : तरफ व खांबली, प्रत्याघाती, प्रत्याघातशून्य, गुरुत्वीय या सर्व सुटका प्रयुक्त्या यांत्रिक तत्त्वावर आधारलेल्या आहेत (चिती सुटका प्रयुक्ती व तरफ सुटका प्रयुक्ती यांही यांत्रिकच आहेत, पण यांचे वर्णन लहान घड्याळाच्या वर्णनात पुढे दिले आहे). पण चुंबकीय तत्त्वाचा उपयोग करून हॉर्स्टमान व क्लिफर्ड यांनी चुंबकीय सुटका प्रयुक्ती तयार केली. चुंबकाच्या ध्रुवांखालून ‘ज्या’ वक्राचा (त्रिकोणमितीतील ‘ज्या’ गुणोत्तराच्या आलेखाचा) आकार असलेली मृदू पोलादाची पट्टी काही ठराविक वेगाने जाईल अशी योजना केली, तर चुंबक व पोलादी पट्टी यांमध्ये होणाऱ्या आकर्षणामुळे लंबकाची आंदोलने मुक्तपणे म्हणजे त्याच्या स्वाभाविक आवर्तन कालाप्रमाणे होत राहतात व लंबकाचा परमप्रसरही कायम राहतो. पोलादी पट्टी जर जास्त वेगाने जाऊ लागली, तर लंबकाच्या स्वाभाविक आंदोलन स्थितीपेक्षा तिच्यावरील ‘ज्या’ वक्र जरा पुढे जाऊ लागतो व लंबकाला आवेग देतो. ज्या-वक्राकार नरम पोलादी पट्टीऐवजी एका चितीभोवती एक पट्टी गुंडाळून चितीला जर एका आसाभोवती फिरविण्यात आले व आसाला चालक वजनाकडून किंवा स्प्रिंगेकडून योग्य ते घूर्णी परिबल (पीळ देणारी प्रेरणा) देण्यात आले, तर लंबक व त्याच्यावरील चुंबक चितीचा वेग नियंत्रित करतो. अशा तऱ्हेने आसाकडून घड्याळातील यंत्रणा चालू ठेवली जाते. चुंबकीय तत्त्वावर आधारित असलेली सुटका प्रयुक्ती यांत्रिक तत्त्वावर आधारलेल्या सुटका प्रयुक्तीपेक्षा अनेक दृष्टींनी फायदेशीर आहे. यांत्रिक सुटका प्रयुक्तीप्रमाणे यात लंबकाचा सुटका चक्राशी स्पर्श होत नाही त्यामुळे घर्षण व आवेगक्षय हे दोष उत्पन्न होत नाहीत. यांत्रिक सुटका प्रयुक्तीतील परिचित असा ‘टिक् टिक्’ आवाज यात येत नाही. यांत्रिक सुटका प्रयुक्तीत सुटका चक्राचे दाते कुत्र्यांनी सहजपणे धरले व सोडले जावेत म्हणून घड्याळ भिंतीवर किंवा इतर कोठेही बसविताना योग्य अशी पातळी फार काळजीपूर्वक साधावी लागते. तशी यातायात चुंबकीय सुटका प्रयुक्तीत करावी लागत नाही.

ठोके देणारे घड्याळ : तासाच्या आकड्याप्रमाणे ठोके देणारे घड्याळ प्रथम १३३५ साली मिलान येथे तयार करण्यात आले. ठोके पाडण्याच्या अनेक पद्धतींमध्ये मिलान येथे प्रथम वापरलेली एक ते बारा दातांचे गट पाडलेल्या दंतचक्राची पद्धत (आ. ८) आणि एडवर्ड बार्लो यांनी १६७६ मध्ये सुरू केलेली दंतपट्टीची म्हणजे ठोक्यांची पुनरावृत्ती करू शकणारी पद्धत याच विशेष महत्त्वाच्या पद्धती आहेत. या दुसऱ्या पद्धतीमध्ये ठोक्याच्या यंत्रणेचा विचार न करताही घड्याळाचे काटे पाहिजे तसे फिरविता येतात. तसेच नुकतेच पुन्हा वाजलेले ठोके पुन्हा वाजविण्याची सोयही या पद्धतीत होती. अशा घड्याळामध्ये वेळ दाखविण्याच्या सामान्य यंत्रणेशिवाय तासाचे ठोके वाजविण्यासाठी दुसरी स्वतंत्र यंत्रणा बसविलेली असते व तिच्या चालनासाठी स्वतंत्र स्प्रिंगही असते. घंटेवर आघात करण्यासाठी एका टोकावर लहानशी हातोडी बसविलेली तरफ वापरतात. या तरफेच्या दुसऱ्या टोकाला उचलून एकदम सोडण्यासाठी यंत्रणेतील एका चाकावर आसाला समांतर असलेल्या व १८०^० अंतरावर बसविलेल्या दोन खिळी असतात. चाक फिरू लागले म्हणजे या खिळी आलटून पालटून आघात करणाऱ्या तरफेला गती देतात. या गतीचे नियंत्रण आ. ८ मध्ये दाखविलेल्या चक्राने केले जाते. काही सुधारलेल्या घड्याळांत दर १५ मिनिटांनी मंजूळ आवाजाचे ठोके पाडण्याचीही जादा सोय केलेली असते.

विजेची घड्याळे : वजने किंवा स्प्रिंग गुंडाळून मिळणाऱ्या यांत्रिक ऊर्जेऐवजी विद्युत् ऊर्जा वापरून घड्याळे बनविण्यात आली आहेत. विद्युत् उर्जेचा उपयोग केलेल्या अलीकडील काही मोठ्या ‘गुरू’(मास्टर) घड्याळांत एक लंबक असून त्याच्या दुहेरी फेऱ्यातून एका लहान गणक चक्राचा एक दाता सरकवला जातो व दर ३० सेकंदांनी एका तरफेकडून लंबकाला आवेग दिला जातो. ती तरफ विद्युत् चुंबकाने परत तिच्या पहिल्या जागी आणली जाते. विद्युत् चुंबकाला कार्यान्वित करणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचा स्पंद (धक्का) इतर ठिकाणी असणाऱ्या दुय्यम (चलित) घड्याळांकडे त्यातील काटे फिरविण्यासाठी धाडला जातो, अशी विद्युत् ऊर्जेवर चालणारी मोठी गुरू घड्याळे अचूक वेळ दाखवितात, याचे कारण म्हणजे लंबक जेव्हा मध्य स्थानातून (त्याच्या समतोल स्थितीतून) जात असतो तेव्हाच विद्युत् आवेग दिला जातो आणि पुन्हा त्याच्या आंदोलन गतीला घर्षणाचा उपद्रव जवळजवळ नसतोच.

इ. स. १८९८ मध्ये रॉबर्ट रड यांनी आवेग देण्याचे व सुटका प्रयुक्तीचे गणन कार्य गुरू घड्याळाकडून दुय्यम घड्याळास धाडता येणे शक्य आहे हे ओळखले. दुय्यम घड्याळाकडून गुरू घड्याळातील मुक्त लंबकाला दर मिनिटास उलट आवेग देणेही शक्य असते. तसेच मुक्त लंबकाकडून समकालीनत्वाचा (निरनिराळ्या ठिकाणच्या क्रिया एकाच क्षणी घडण्याचा) संदेशही परत या दुय्यम घड्याळास देता येतो, हेही त्यांच्या लक्षात आले. या कल्पनांचा समावेश करून रड यांनी पूर्णपणे यांत्रिक असे एक मोठे घड्याळ तयार केले. सु. १९२१ मध्ये विल्यम शॉर्ट यांनी रड यांच्या कल्पनांवर आधारित पण विद्युत् ऊर्जा वापरून असेच एक मोठे घड्याळ तयार केले. हे घड्याळ दिवसास काही हजारांश सेकंदच मागे-पुढे जाईल इतके अचूक होते.

हेन्री वॉरेन यांनीही विद्युत् ऊर्जेवर चालणारी घड्याळे बनविली. यात दंतचक्र मालिकेचा वेग कमी करणारी योजना वापरून एका विद्युत् चलित्राने (मोटारीने) घड्याळाचे काटे फिरविले जात. अशी घड्याळे नेहमीच्या पुरवठ्यातील वीज वापरतात. घड्याळातील चलित्राची चाल पुरवठ्याच्या कंप्रतेनुसार (एका सेकंदात होणाऱ्या कंपन संख्येनुसार) होते. कंप्रता कायम असल्यास घड्याळे अगदी बरोबर चालतात. एक गुरू घड्याळ विद्युत् पुरवठा केंद्रात बसविले जाऊन त्याने इतरत्र असलेल्या अनेक घड्याळांतील विद्युत् चलित्रांना नियंत्रित कंप्रतेची विद्युत् शक्ती पुरवली जाते. अशी घड्याळे मोठमोठ्या इमारती, मनोरे, रूळमार्गावरील स्थानके अशा ठिकाणी बसविलेली असतात.

लहान घड्याळे : स्प्रिंगेचा शोध लागल्यानंतर घरगुती व खिशात ठेवण्याइतपत लहान घड्याळे तयार करण्याचे जोराचे प्रयत्न सोळाव्या आणि सतराव्या शतकांत सुरू झाले. यात प्रामुख्याने इंग्लंड, फ्रान्स व जर्मनी या देशांतील शोधकांनी व तंत्रज्ञांनी विशेष कार्य केले. सतराव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत वरील तीन देशांत निरनिराळ्या आकारांची (गोल, अंडाकृती वगैरे) शोभिवंत घड्याळे तयार करण्यात आली आणि त्यांचा प्रसारही बऱ्याच प्रमाणात झाला होता.

इ. स. १६६० च्या सुमारास तोलचक्र व त्याच्या आंदोलनाचे नियमन करण्यासाठी बारीक स्प्रिंगेचा उपयोग करण्याचा रॉबर्ट हुक या शास्रज्ञांनी प्रथम प्रयत्न केला. अगदी सुरुवातीच्या अशा प्रयत्नांत एका सरळ पातीसारख्या स्प्रिंगेच्या दोन्ही बाजूंना येतील अशा तऱ्हेने तोलचक्रास दोन खिळी लावल्या होत्या. ह्या खिळींमुळे स्प्रिंग जेव्हा विचलित होई तेव्हा तोलचक्राला घूर्णी परिबल मिळत असे. पण तोलचक्राचे परमप्रसर फार लहान होते. सर्पिलाकार बारीक स्प्रिंग ही हायगेन्स या शास्त्रज्ञांनी बनविली व पुढे या बारीक स्प्रिंगाचा लहान घड्याळात उपयोग करण्यात आला. ही केसासारखी बारीक स्प्रिंग पोलाद किंवा तत्सम उच्च स्थितिस्थापकता असलेल्या धातूची असून सर्पिल आकारात गुंडाळलेली असते. तोलचक्राच्या आसावर चक्राच्या मध्यभागी एक लहान चकती बसविलेली असून तिच्यात ह्या स्प्रिंगेचे आतील टोक घट्ट बसविलेले असते व दुसरे टोक चौकटीत एका बारीक खिळ्याने पकडून ठेवलेले असते. ज्याप्रमाणे लंबकाच्या आंदोलनाला गुरुत्वीय घूर्णी परिबल कारणीभूत असते त्याचप्रमाणे तोलचक्राला लावलेल्या ह्या स्प्रिंगेकडून त्याला घूर्णी परिबल दिले जाते व तोलचक्राची आंदोलने होत राहतात. तोलचक्र एका बाजूस फिरविल्यास स्प्रिंग गुंडाळली जाऊन तीत ऊर्जा साठते व त्यामुळे तोलचक्रास तितकेच दुसऱ्या बाजूस फिरविण्यास त्या साठलेल्या ऊर्जेचा उपयोग होतो. तोलचक्राच्या आसाची टोके जेथे आधारलेली असतात तेथे जर घर्षण नसेल, तर स्प्रिंगेमुळे तोलचक्र जितके एका बाजूस जाईल तितकेच दुसऱ्या बाजूसही जात राहील व ही क्रीया सतत चालू राहील. पण हवेतील घर्षण, स्प्रिंग ज्या पदार्थाची केली आहे त्यातील अंतर्गत घर्षण, तसेच तोलचक्राच्या आसाच्या टोकांचे घर्षणही पूर्णपणे नाहीसे करता येत नाही व त्यामुळे ऊर्जेचा क्षय होत असतो. म्हणून तोलचक्राला सतत नियमितपणे आंदोलन करण्यास ऊर्जेचा पुरवठा घ्यावा लागतो व तो मुख्य स्प्रिंगेकडून मिळतो. तोलचक्राची कंप्रता २·५ असते.

तोलचक्र व त्याला लावलेली बारीक सर्पिल स्प्रिंग यांच्या आंदोलनाच्या एकविध आवर्तन कालावर घड्याळाचे कार्य अवलंबून असते. तोलचक्राचा काठ जड केलेला असतो त्यामुळे त्या चक्राचे निरूढी परिबल (कोनीय प्रवेगाला होणारा विरोध) मोठे असते. तोलचक्राच्या आंदोलनास लागणारे घूर्णी परिबल त्याला लावलेल्या स्प्रिंगेकडून मिळते. हे घूर्णी परिबल आंदोलनातील स्थानांतरास जर पूर्णतः सम प्रमाणात मिळत राहिले, तर तोलचक्राचा आवर्तन काल, क = २π √ ^न/_घ या सूत्राने निश्चित होतो. येथे न = चक्राचे गुरुत्व पद्धतीतील निरूढी परिबल आणि घ = विस्थापनाच्या स्प्रिंगेचे प्रती एकक पूर्वावस्थापन घूर्णी परिबल आहे. न आणि घ किंवा ^न/_घ हे गुणोत्तर बदलले नाही, तर तोलचक्राचा काल (क) सतत कायम राहील व घड्याळाचे वेळ दाखविण्याचे काम योग्य व अचूक तऱ्हेने होत राहील, पण घड्याळाच्या निरनिराळ्या स्थितींत (उदा., आडव्या पडलेल्या किंवा उभ्या वा टांगलेल्या स्थितीत) घर्षणामुळे अचूक वेळ दाखविण्याच्या त्याच्या कार्यावर परिणाम होतो. घड्याळाची चाल अगदी बरोबर होण्यासाठी तोलचक्राचे न निरूढी परिबल व स्प्रिंगेचे व घूर्णी परिबल बदलण्याची व्यवस्था असते. तोलचक्राच्या काठावर समोरासमोर एक किंवा दोन लहान स्क्रू घर्षण-घट्ट पद्धतीने बसविलेले असतात. ते आत ढकलून किंवा बाहेर काढून निरूढी परिबलामध्ये आवश्यक तेवढा बदल करता येतो. स्प्रिंगेचे घूर्णी परिबल तिच्या लांबी, उंची, जाडी आणि स्थितिस्थापक मापांकावर अवलंबून असते. त्यासंबंधीचे सूत्र असे :

स = रैखिक स्थितिस्थापक मापांक किंवा यंग यांचा गुणांक, ज = जाडी, उ = उंची, ल = लांबी. एकदा स्प्रिंगेच्या पदार्थाची निवड केल्यानंतर स्थितिस्थापकता सहसा बदलत नाही आणि स्प्रिंग तयार केल्यावर उंची व जाडी जवळजवळ कायम राहतात. फक्त लांबीतच अवश्य तेवढा बदल करणे शक्य असते. घ लांबीच्या व्यस्त प्रमाणात बदलते. घड्याळ तयार करताना सामान्यतः न मध्येच बदल घडवणे सोईचे असते. पण नेहमीच्या वापरात लांबीच बदलणे सोईचे व सोपेही असते. यासाठी फक्त एक बारीकशी पट्टी किंचितशी सरकवावी लागते.

तोलचक्र व त्यावरील स्प्रिंग यांची जोडणी केल्यानंतर पुष्कळ चुका राहतात. तोलचक्राच्या आंदोलनाचा परमप्रसर बदलल्याने जर त्याच्या आवर्तन कालात फरक पडला, तर तो घड्याळाच्या कालमापनात चूक असल्याचे निदर्शक समजला जातो. घड्याळ आडवे पडले असून तोलचक्राचा आस उदग्र (उभ्या) स्थितीत आहे असे समजून चालले, तर कालैकतेच्या चुका पुढे दिलेल्या कारणांमुळे संभवतात : (१) रोधक खिळीमुळे, (२) अपमध्य म्हणजे मध्यापासून दूर ढकलणाऱ्या प्रेरणेमुळे (फक्त खंडित प्रतिपूरित तोलचक्रामध्ये), (३) स्प्रिंगेच्या स्थितिस्थापकतेच्या बदलामुळे, (४) स्प्रिंग पकड दोषामुळे आणि (५) सुटका प्रयुक्तीमुळे.

(१) स्प्रिंगेचा आवर्तन काल तिच्या लांबीवरही अवलंबून असतो. म्हणून घड्याळ मागेपुढे जात असेल, तर तो कमीजास्त करण्यासाठी स्प्रिंगेच्या बाहेर वळसा टोका जवळ पकडून धरण्यासाठी एका पट्टीवर दोन खिळी बसवतात. एक खीळ जर स्प्रिंगेला चिकटत नसेल, तर हा चिमटा निरुपयोगी ठरतो व लांबी बदलत नाही.

(२) खंडित प्रतिपूरित तोलचक्राचे निरूढी परिबल त्याच्या कोनीय वेगाप्रमाणे बदलते. तोलचक्राच्या काठावरच त्याचा बहुतेक भार संग्रहित असतो व त्यामुळे काठ बाहेर येण्याची शक्यता असते. कोनीय वेग वाढला, तर अपमध्य प्रेरणाही वाढते आणि त्यामुळे चक्राचा काठ बाहेर फेकला जाऊन तात्कालिक निरूढी परिबल वाढते. आंदोलनाचा परमप्रसर वाढतो व घड्याळ मागे जात राहते.

(३) स्थितिस्थापकतेच्या मापांकात तापमान बदलामुळे फरक पडू शकतो व तो स्प्रिंगेच्या धातूवर अवलंबून असतो. या फरकामुळे एका दिवसात २० सेकंदांचीही चूक होण्याची शक्यता असते.

(४) स्प्रिंगेचे आतील टोक तोलचक्राच्या आसावर गळपट्टी आणि स्क्रूने घट्ट बसवतात. त्यामुळे ते शून्य अंतरावर (म्हणजे प्रत्यक्ष अक्षावर) न राहता अक्षापासून थोड्या तरी अंतरावर असते व त्यामुळे ही चूक उद्‌भवते. सपाट सर्पिलाकार स्प्रिंगेचा वापर केला असेल, तर स्प्रिंग जेव्हा आवळली जाते व उलगडली जाते तेव्हा स्प्रिंगेच्या बाजूकडून स्थितिस्थापक प्रेरणा युग्म कार्यान्वित होऊन परमप्रसर जसा बदलत जाईल तसा आवर्तन कालात फरक पडतो.

(५) सर जॉर्ज एरी यांच्या मते सुटका प्रयुक्तीचे कार्य म्हणजे तोलचक्र आणि त्याची स्प्रिंग यांना आंदोलन चालू राहण्यासाठी मुख्य स्प्रिंगेची दंतचक्रमालेद्वारा मिळालेली ऊर्जा पुरविणे हे होय. तथापि आंदोलन प्रसाराच्या मध्याकडे जात असताना जर पुढे नेणारी प्रेरणा दिली गेली, तर आंदोलन काल कमी होऊन घड्याळ पुढे जाईल व प्रेरणेची दिशा उलटी असल्यास मागे पडेल. पण प्रेरणा मध्यानंतर लावल्या गेल्या, तर बरोबर उलट परिणाम घडून येतात.

स्थिती बदलाने होणाऱ्या चुका : तोलचक्रचा टोकदार आस खालच्या व वरच्या धारव्यात (बेअरिंगमध्ये) बसविलेला असतो. घड्याळ जेव्हा आडव्या स्थितीतून उभ्या स्थितीत येते तेव्हा घर्षण वाढते, आंदोलनाचा परमप्रसर आडव्या स्थितीपेक्षा ४० ते ६० अंशांनी कमी होती आणि वर वर्णन केलेल्या कालैकतेच्या चुका होत राहतात. घड्याळ निरनिराळ्या पाच स्थितींत २४ तास ठेवून होणारे बदल पूर्वी तपासत पण हल्ली दोललेखक (व्हायब्रोग्राफ) या विजेवर चालणाऱ्या यंत्रावर घड्याळ ठेवून होणाऱ्या फेरफारांची काही मिनिटांत नोंद मिळते व थोडक्या वेळात त्यातील दोष दुरुस्त करता येतात. तोलचक्राचा गुरुत्वमध्य हा त्याच्या अक्षाच्या शून्य स्थितीत चक्राच्या खाली असल्यास चक्राचे आंदोलन जटिल (गुंतागुंतीच्या) स्वरूपाचे होते. ते स्प्रिंगेच्या आतील व बाहेरील टोकांच्या सापेक्ष जागांवरही अवलंबून असते. स्प्रिंगेच्या बाहेरच्या वेढ्याचे टोक जरा वर उचलून स्प्रिंगेच्या पातळीच्या वर असलेल्या एका स्क्रूने घट्ट बसविल्याने गुरुत्वमध्याचे भ्रमण बऱ्याच प्रमाणात कमी होते. ही युक्ती ए. एल्. ब्रुगेट यांनी १८०० च्या सुमारास शोधून काढली. या युक्तीला ब्रुगेट ओव्हरकॉइल (उचलेल्या वेढ्याची) स्प्रिंग हे नाव देण्यात आले आहे.

तापमान चुका : तापमानातील बदलामुळे तोलचक्र व त्याची स्प्रिंग यांचा आवर्तन काल बदलतो. तोलचक्राचे वस्तुमान तापमान बदलामुळे बदलत नाही. पण तोलचक्राचे प्रसरण होऊन त्याची घूर्णीय त्रिज्या वाढते. मात्र स्प्रिंगेची उंची व लांबी यांत होणारे फरक एकमेकास छेदतात. जाडीतील वाढीने स्प्रिंग जास्त कडक होते. पण स्प्रिंगेच्या स्थितिस्थापकतेत होणारा फरक हा फार महत्त्वाचा असतो. स्प्रिंग पोलादाची केलेली असल्यास स्थितिस्थापकतेच्या गुणांकातील फरक प्रती से. अंश तापमान वाढीस ०.०००२४ इतक्या प्रमाणात कमी होतो. आवर्तन कालात एकंदर होणारा बदल तोलचक्राच्या व स्प्रिंगेच्या पदार्थाच्या प्रसरण गुणांकावर आणि अखेर स्प्रिंगेच्या तापमान-स्थितिस्थापकतेच्या मापांकावर अवलंबून असतो. तोलचक्राचा काठ द्विधातवीय करून त्यावरील तापमान बदलाचे परिणाम टाळता येतात. थोडक्यात तापमान बदलामुळे घडून येणाऱ्या एकूण चुकांमुळे लहान घड्याळात प्रती से. अंश वाढीत दर दिवसास सु. ११ सेकंद घट होते.

गीयोम यांनी सु. १९१२ साली एलिनव्हार ही मिश्रधातू तयार केली. या धातूचा तापमान-स्थितिस्थापकता गुणांक बराच कमी असतो व ती गंजत नसून तीवर चुंबकीय परिणाम पोलादापेक्षा कमीच होतात. या मिश्रधातूत आणखी सुधारणा होऊन सरस अशा मिश्रधातू तयार करण्यात आलेल्या आहेत. त्यांची स्थितिस्थापकतेची सीमा पूर्वीपेक्षा फार मोठी आहे व तापमान बदलामुळे होणारा कालबदल प्रती से. अंश प्रतिदिनी १ सेकंदापेक्षाही कमी असतो.

दंतचक्रमाला : लहान घड्याळात २५ सेंमी. ते ५० सेंमी. पर्यंत लांबीची मुख्य स्प्रिंग, अलीकडील पद्धतीनुसार, एका डबीत भरून ठेवलेली असते. ते किल्लीने गुंडाळतात. स्प्रिंग उलगडताना तिची ऊर्जा तोलचक्राला एक दंतचक्रमाला व निराळे सुटका चक्र यांच्या द्वारा दिली जाते. ही स्प्रिंगेपासून तो सुटका

चक्रापर्यंतची सबंध यंत्रणा आ. ९ मध्ये दाखविली आहे. आ. ९ मधील रचना ही केवळ सर्व भाग दिसावे व त्यांचे कार्य समजावे म्हणून ती तशी दिलेली आहे. प्रत्यक्ष घड्याळात सर्व भाग अगदी थोड्या जागेत सामावलेले असतात. चक्रमालेचे पहिले चाक म्हणजे स्प्रिंगच्या आसावरचे. या चाकाची गती सुटका चक्राला पोहोचेपर्यंत तिचे जवळजवळ १ : ४,००० किंवा अधिक या प्रमाणात वर्धन करावे लागते. यासाठी दंतचक्रांच्या चार जोड्या वापरतात. प्रत्येक जोडीत वर्धनाचे प्रमाण १ : ६ ते १ : १० असे असते. जागेअभावी लघुदंतचक्रे (पिनियन) शक्य तितकी लहान ठेवतात आणि त्यामुळे त्यांच्या दात्यांची संख्या फक्त ६ ते १० असते. चक्रमालेतील चाकांना पहिले, दुसरे किंवा मध्य, तिसरे आणि चौथे वा शेवटचे असे संबोधितात. पहिले चाक दुसऱ्याच्या आसावरील लघुदंतचक्राला, दुसरे तिसऱ्याच्या लघुदंतचक्राला अशी मालिका असते. शेवटचे चाक सुटका चक्राच्या आसावरील लघुदंतचक्राला जोडलेले असते. सुटका चक्राला १५ दाते असतात व त्याच्या लघुदंतचक्राला ८ असतात. मध्य चाकाच्या अक्षावरच काटे फिरविण्याची यंत्रणा असते, हे आकृतीवरून दिसून येते. खाली उजव्या बाजूला वर्तुळात मिनिट व तास काट्यांचे आस निराळे पण समाक्ष असतात, हे दाखविले आहे. तोलचक्राची सेकंदाला ५ अर्ध आंदोलने होतात व या प्रत्येकात सुटका चक्राचा एक दाता सुटत असतो. मुख्य स्प्रिंगेची ऊर्जा सुटका चक्राला सारखी मिळत असते, पण त्याचे दाते तरफेच्या आकड्यांनी धरून ठेवलेले असल्यामुळे ते अखंडित फिरू शकत नाही. तोलस्प्रिंग व तोलचक्र यांच्या आंदोलनानेच तरफेद्वारा एकेक दाता सुटत राहतो.

मुख्य स्प्रिंगेपासून सुटका चक्रापर्यंत जोडणी झाल्यावर किल्ली देऊन संपूर्ण यंत्र फिरवून पाहतात. किल्ली संपताच सर्व चक्रे थांबतात परंतु ती थांबताक्षणीच सुटका चक्र उलट गतीने किमान एक फेरा तरी फिरले म्हणजे जोडणी बरोबर झाली व मुख्य स्प्रिंगकडून मिळालेली ऊर्जा तोलचक्राला पुरविणे हे जे सुटका चक्राचे प्रमुख कार्य तेही बरोबर साधले असे ठरते. घड्याळाच्या दंतचक्रमालेची जोडणी व्यवस्थित झाली, तरी घड्याळाच्या चालीची अचूकता साधण्यासाठी तोलचक्र व त्यावरील तोलस्प्रिंग यांची जोडणी फार महत्त्वाची तशीच नाजूक व कठीण असते.

सुटका प्रयुक्ती : मागे तरफ व खांबली, नांगर, प्रत्याघातशून्य व गुरुत्वीय सुटका प्रयुक्ती यांची वर्णने आली आहेत. खिशातील व मनगटी अशा लहान घड्याळांत वापरात असलेल्या सुधारित सुटका प्रयुक्त्यांचे अगदी वेगळे असे दोन प्रकार आहेत : (१) चिती सुटका व (२) तरफ लुटका प्रयुक्ती. चिती सुटका प्रयुक्ती एकोणिसाव्या शतकात खिशातील घड्याळात मोठ्या प्रमाणात वापरली जात होती. पण सु. १९१५ नंतर तरफ सुटका प्रयुक्तीचा वापर मनगटी घड्याळात सार्वत्रिक रीत्या होऊ लागला. या सुमारास खिशातील घड्याळे व त्याबरोबरच ही प्रयुक्तीही मागे पडू लागली होती.

(१)  चिती सुटका प्रयुक्ती : ही सुटका प्रयुक्ती टॉम्पीअन यांनी बार्लो व होटन यांच्या मदतीने सतराव्या शतकाच्या अखेरीस तयार केली. जॉर्ज ग्रॅहॅम यांनी १७२६ मध्ये ती वापरात आणली असावी. घड्याळातील संपूर्ण दंतचक्रमाला, मुख्य स्प्रिंग इ. रचना पूर्वीप्रमाणेच असतात. मात्र मालेतील शेवटचे चक्र बसकट असून त्याची जोडणी सुटका चक्राच्या खाली असलेल्या व त्याच्या आसावर घट्ट बसविलेल्या लघुचक्राशी केलेली असते (आ. १०). यात एक तरफ वापरलेली असते. (४) या सुटका चक्राचे दाते त्यांची कडा वळवून वरच्या अंगास उंचावलेले असतात आणि हेच दाते (३) या तोलचक्राच्या चित्याकृती आसाच्या खाचांमधून सुटून जात असतात. आ. १० मध्ये दाखविल्याप्रमाणे अ या ठिकाणी चिती पूर्ण स्वरूपात असून आ या ठिकाणी निम्म्याहून अधिक आहे. इ या ठिकाणी ^१/_२ चितीच शिल्लक राहते. ही चित्ती पोलादाची केलेली असते. अतिशय मूल्यवान घड्याळात ही तिची (किंवा तोलचक्राचा आस) माणकाची (रत्नाची) केलेली असते.

आ. १० मधील स्थिती तोलचक्र सव्य (घड्याळातील काट्यांच्या हालचालीच्या दिशेतील) गतीतील अर्धा फेरा पुरा करीत असतानाची आहे. सुटका चक्राच्या दात्याचा टोकदार आणि गोलसर भाग आ या चितीच्या खोदलेल्या भागातून जात असल्याचे दाखवले आहे. दात्याचा गोल भाग बाहेर पडताना तोलचक्राला अपसव्य गती (झटका) देऊन जातो. सुटका चक्राच्या दात्याची टाच तोलचक्राच्या चितीत घुसताना तोलचक्रास सव्य गती देते व बाहेर पडण्यापूर्वी ती चितीच्या खोदलेल्या भागात संपूर्ण गेलेली असते. आत जाताच टोकदार भाग चितीच्या आ भागाकडे टेकून मुख्य स्प्रिंगेच्या दाबामुळे तोलचक्रास अपसव्य गती देऊन जातो. दाता आत घुसताना व बाहेर पडताना दोन्ही वेळा चितीवर मुख्य स्प्रिंगेच्या दाबामुळे घासला जातो. यामुळे या प्रयुक्तीला घर्षण सुटका प्रयुक्ती असेही म्हणतात. अलीकडे या सुटका प्रयुक्तीचा वापर क्वचितच केला जातो.

(२) तरफ सुटका प्रयुक्ती : ही सुटका प्रयुक्ती १७६५ साली टॉमस मुज या इंग्लिश यांत्रिकानी बनविली आणि पुढे तीत पुष्कळ सुधारणा होऊन ती हल्ली सर्व मनगटी घड्याळांत सर्वत्र वापरात आहे. आ. ११ मधील (अ) भागात तोलचक्र (१) व त्याची स्प्रिंग (२), त्याच्या खालच्या भागात जोडलेली तरफेचा एक भाग (३) आणि तिच्या पुढील भागात असलेली (४) या आडव्या पट्टीत बसविलेली दोन कुत्री (५, ५) सुटका चक्राशी दाखविली आहेत. तरफेचे कार्य कसे होते ते (आ) भागातील दोन आकृतींनी दाखविले आहे. दोन्ही चित्रांच्या उजव्या बाजूला तोलचक्र व त्याची स्प्रिंग दाखविली नाही. पण तोलचक्राच्या आसावर बसविलेली एक लहान चकती अर्धीमुर्धी दाखविली आहे. चकतीवरील छोटी खीळ (७) तरफेच्या चिमट्यात अडकलेली दाखविली आहे. डाव्या बाजूला सुटका चक्राचे विशिष्ट प्रकारचे काही दाते व तरफेच्या पुढील भागातील आडव्या पट्टीत बसविलेली कुत्रीही दाखविली आहेत. वरच्या आकृतीत तरफेच्या आडव्या पट्टीतील वरच्या भागातील कुत्रे सुटका चक्राच्या दात्याला धरून ठेवत असलेले दिसत आहे, तर खालचे कुत्रे दात्याच्या आतल्या बाजूस चिकटून आहे. खालच्या आकृतीत, पहिल्या आकृतीत पकडलेल्या सुटका चक्राचा दाता  सुटून आत आलेला दिसत आहे. कुत्री असलेल्या आडव्या पट्टीच्या मध्यात असलेल्या खिळीभोवती तरफ फिरते. तरफेच्या चिमट्याजवळ दोन्ही बाजूंना दोन लहान खुंट्या असून त्या दरम्यानच तरफेचे आंदोलन होते. (आ) भागातील वरच्या आकृतीत तरफ वरच्या खुंटीला टेकली असून तोलचक्रावरील चकती सव्य दिशेने फिरते आहे. खालच्या चित्रात तरफ खालच्या खुंटीवर टेकलेली असून चकती अपसव्य दिशेने फिरते आहे.

प्रत्येक कुत्र्याची रचना अशी आहे की, त्यात दात्याला अडकवून ठेवणारे टोक असून त्याला आवेग देणारा पृष्ठाभाग आहे. तोलचक्राच्या आसावर घट्ट बसविलेली चकती (म्हणजेच तोलचक्र) अपसव्य दिशेने जाताना त्यावरील खिळीने तरफेला व त्याबरोबर कुत्र्यांना पुरेशा प्रेरणेने ढकलते व त्यामुळे ती योग्य अंतराने सरकविली जातात. त्यापैकी पहिल्या कुत्र्याने [(आ) मधील वरच्या आकृतीतील तरफेच्या वरच्या बाजूचे कुत्रे ] धरलेला दाता सुटतो व हा दाता त्या कुत्र्याच्या आवेग-पृष्ठभागावरून जाताना चकती अपसव्य गतीने जाण्यासाठी अवश्य तो आवेग देतो. ह्या दात्याचे आवेग-पृष्ठभागावरून जाणे संपल्यावर तोलचक्रात असलेला संवेग (वस्तुमान X वेग) त्याला बाजूस सारतो व तरफेच्या खालच्या भागातील दुसरे कुत्रे सुटका चक्राचा त्याच्या जवळील दाता अडकवून ठेवते. तोलचक्राच्या सव्य गतीत दुसऱ्या ( कुत्र्याने धरलेला दाता सुटतो व पहिल्या कुत्र्याप्रमाणेच तोलचक्राला आवेग देऊन जातो व ही क्रिया चालू राहते. पहिल्या कुत्र्याला ‘प्रवेश कुत्रे’ आणि दुसऱ्याला ‘निर्गम कुत्रे’ म्हणण्याची प्रथा आहे. सुटका चक्रास १५ दाते असून प्रत्येक वेळी एकेक दाता वर वर्णन केल्याप्रमाणे सुटला जातो व धरला जातो. अशा तऱ्हेने मुख्य स्प्रिंगेकडून दंतचक्रमालेच्या द्वारे मिळत असलेला ऊर्जा पुरवठा सुटका चक्र योग्य त्या प्रमाणात योग्य वेळी तोलचक्रास देऊन ते कायम आंदोलित ठेवते. तोलचक्र एका मिनिटाला सामान्यतः १५० पूर्ण आंदोलने करते.

अतिशय मूल्यवान घड्याळे प्रतिदिनी २० से. फरकाच्या प्रमाणात त्यांच्या निरनिराळ्या स्थितींत जुळविता येतात. अशा घड्याळांत निरनिराळ्या चक्रांच्या आसांची टोके औद्योगिक रत्नांच्या धारव्यांत बसविलेली असतात. एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत खिशातली लहान घड्याळे बरीच प्रचारात होती. पण १९२० च्या नंतर मनगटी घड्याळाची आवड उत्पन्न झाली आहे आणि त्यांचा प्रसार फार मोठ्या प्रमाणात झाला आहे. पुरुषांच्या मनगटी घड्याळाचा अंतर्गत व्यास २३ ते ३० मिमी. असून स्त्रियांची घड्याळे १४ ते २० मिमी. व्यासाची असतात. घड्याळांचे आकार बहुविध असून फारच आकर्षक असतात. सेकंद काटा बारीक पण सर्वांत लांब असतो. तास, मिनिट व सेकंद काटे एकाच बिंदूभोवती फिरत असतात. काही घड्याळांत गजर होण्याचीही सोय असते व रात्री अंधारातही काटे व आकडे दिसण्यासाठी त्यांवर रेडियमाची लवणे लावलेली असतात. मनगटी घड्याळे किल्ली दिल्यावर सु. ४० तास चालू राहतात.

स्वयंचलित मनगटी घड्याळ : या घड्याळाची रचना इतर मनगटी घड्याळांप्रमाणेच असते, तथापि किल्ली देण्याची क्रिया एका विक्रेंद्री वजनाने साधली जाते. मनगटाच्या प्रत्येक हालचालीत गुरुत्वाकर्षणाने हे वजन आंदोलित होते. त्याला दंतचक्राची जोडणी अशा तऱ्हेने केलेली असते की, कोणत्याही हालचालीमुळे स्प्रिंग गुंडाळली जाईल. तसेच स्प्रिंग गुंडाळण्याची ही योजना काही कारणांमुळे कार्यान्वित झाली नाही, तरी नेहमीसारखी किल्ली देण्याची व्यवस्थाही असते. घड्याळाच्या तबकडीवर महिना, दिवस आणि दिनांक दाखविण्याची सोय असते.

अवधिदर्शक (थांबते) मनगटी घड्याळ : (स्टॉपवॉच). यात सेकंद किंवा त्याचा बराच लहान अंशही दाखविला जातो व त्याची नोंदही होते. याची मुख्य चालक यंत्रणा नेहमीच्या घड्याळाप्रमाणे असते, मात्र अचूक अवधिदर्शक यंत्रणा सेकंद किंवा मिनिट काट्याला जोडलेली असते. ही रचना आ. १२ मध्ये दाखविली आहे, ड या खिळीवर सैलशा बसविलेल्या क या चल तरफेवरती ब हे चक्र बसविले असून त्याला जोडलेल्या चक्रमालेच्या शेवटच्या चक्राच्या खिळीवर अ चक्र घट्ट दाबून बसविलेले आहे. इ ही स्प्रिंग क या तरफेला यंत्रणेच्या मध्यभागाच्या दिशेने दाबीत आहे. घड्याळातील यंत्रणेच्या नैसर्गिक गतीमुळे अ आणि ब ही दोन्ही चक्रे सतत फिरत असतात. क या तरफेचे एक टोक फ चक्राच्या प्रत्येक दात्यामध्ये घुसून त्याला अंतरित गती देते. 

घड्याळात हव्या त्या क्षणाची अचूक नोंद करणारे काटे चालू होण्यासाठी म ही कळ दाबावी लागते. ती आत दाबताक्षणीच फ या चक्राचा एक दाता भ तरफेवर बसविलेल्या र या कुत्र्यामुळे पुढे सरकतो. यावेळी क तरफेचे टोक फ चक्राच्या बाह्य दात्याच्या टाचेवर येऊन ब चक्राचा ग चक्राशी असलेला संबंध तोडते, त्यामुळे अवधिदर्शक काटे थांबतात. ग या अचूक अवधिचक्राला जोडलेला अंगुली तुकडा स या चक्राचा एक दाता प्रत्येक फेऱ्याला सरकवतो. या स चक्रालाच त हे चक्र जोडलेले असून त्याच्या वाढीव खिळीवर मिनिट काटा बसविलेला असतो. अवधिचक्र ग आणि घड्याळातील मिनिट चक्र त सारख्याच गतीने फिरण्याची योजना असल्यामुळे अर्ध्या तासाची अचूक नोंद मिळू शकते.

ल या स्प्रिंगेमुळे मिनिट चक्र रोखले जाते. मिनिट व अवधी या दोन्ही चक्रांना हृदयाकृती कॅमा [⟶ कॅम] बसविलेल्या असतात. त्यामुळे ह ही कळ आतील बाजूस दाबताच ख तरफ कॅमांना मध्यभागाकडे दाबीत असल्यामुळे त्या पूर्वस्थळी येतात व काटे शून्यावर येतात. ख तरफेला फ चक्राप्रमाणेच अंतरित गती असल्यामुळे ग हे अवधिचक्र ब या चक्राशी संबंधित असेल त्यावेळी चुकून जरी ह ही कळ दाबली गेली, तरी काटे शून्यस्थानी येत नाहीत. फ चक्रामार्फत मिळणाऱ्या गतीमुळे क्रियाशील होणारी प तरफ ब चक्रापासून दूर जाणाऱ्या ग चक्रास तत्क्षणीच पकडून ठेवते. त्यामुळे ग जागच्या जागी थांबते.

अर्ध्या तासापासून बारा तासांपर्यंत अवधी नोंदवणारी परिशुद्ध घड्याळेही आहेत.

मनगटी ट्राँझिस्टर घड्याळ : या तऱ्हेचे घड्याळ अमेरिकेत तयार करण्यात आले आहे. यात एक इलेक्ट्रॉनीय मंडल, एक ट्रँझिस्टर, एक कोरडा विद्युत् घट व एक कंपन द्विशूल (एका सेकंदात ठराविक कंपने होणारे व चिमट्यासारख्या दोन शाखा असलेले साधन) असे मुख्य भाग असतात. एक विद्युत् घट सु. वर्षभर पुरतो. हे घड्याळ दिवसात एक किंवा दोन सेकंद मागेपुढे जाते. या घड्याळात ‘टिक् टिक्’ असा आवाज येण्याऐवजी ‘गुं गुं’ असा आवाज होत असतो.

क्वार्ट्‌झ स्फटिक घड्याळ : क्वार्ट्‌झ स्फटिकातून प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशेने वाहणारा) विद्युत् प्रवाह जाऊ दिल्यास त्यात आंदोलने निर्माण होतात [ ⟶ दाबविद्युत्‌ ] व त्यांच्या उपयोग करून घड्याळे तयार करण्यात आलेली आहेत. हा स्फटिक चपट्या पट्टिकेच्या, आयताकार छेद असलेल्या दंडाच्या किंवा कड्याच्या स्वरूपाचा असून त्याची आंदोलने दर सेकंदास १,००,००० होतील अशी व्यवस्था केलेली असते. चांगले क्वार्ट्‌झ स्फटिकयुक्त घड्याळ बारीक सारीक फरकांपासून मुक्त असते, पण त्यातील स्फटिकाच्या आंदोलनांचा कंप्रतेत हळूहळू बदल होण्याची शक्यता असतो. कड्याच्या स्वरूपाच्या स्फटिकाचे घड्याळ दिवसास दशलक्षांश सेकंदाच्या भागापर्यंत अचूक वेळ दाखवू शकते.

घड्याळांचे उत्पादन : चौदाव्या शतकापासून ते अठराव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत दोन्ही प्रकारची घड्याळे (मोठी व लहान पण मनगटी सोडून) इंग्लंड, फ्रान्स, जर्मनी आणि स्वित्झर्लंड या देशांत तयार होत असत. या कालखंडातच जवळजवळ सर्व प्रकारच्या सुटका प्रयुक्त्या शोधल्या गेल्या. घरगुती घड्याळात लंबकाचा उपयोग मोठ्या प्रमाणावर होऊन अनेक शोभिवंत व आलंकारिक घड्याळे बनविण्यात बरीच चढाओढ व त्यामुळे प्रगती झाली. जर्मनीत अजूनही बनत असलेली ‘कोकिळा घड्याळे’ वरील वर्गातील असून ती पूर्वीपासून फार प्रसिद्ध आहेत.

घड्याळे तयार करण्यात स्वित्झर्लंड देशाने फारच प्राविण्य मिळविले आहे. सतराव्या शतकाच्या अखेरीस या देशात दरवर्षी सु. ५,००० लहान घड्याळे तयार होत असत. या घड्याळातील निरनिराळे भाग कारागीर आपल्या घरात हातानेच तयार करीत असत. एकेक भाग तयार करण्यास कित्येक आठवडे लागत असत. अठराव्या शतकाच्या अखेरीस त्या देशात घड्याळे तयार करणारांची संख्या सहा हजार झाली व हातानेच ५०,००० घड्याळे तयार करण्यात येऊ लागली. एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यास घड्याळाचे निरनिराळे भाग हाताने करण्यात येत असले, तरी त्यांची जुळणी करण्यासाठी कारखाने स्थापन करण्यात आले, विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपर्यंत घड्याळातील अत्यंत महत्त्वाचे नाजूक भाग हातानेच करीत असत व इतर भाग मोठमोठ्या कारखान्यात तयार होऊन तेथेच जुळणी होऊ लागली. इंग्लंड, फ्रान्स व जर्मनीमध्ये पूर्वीपासून हाताने, नंतर कारखान्यात घड्याळे तयार होत असली, तरी स्वित्झर्लंडने या धंद्यात फारच पारंगतता मिळविली आहे. अमेरिकेने घड्याळे तयार करण्यास एकोणिसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपासून आरंभ केला व सध्या अमेरिकेचे काही मोठे कारखानदार विजेवर चालणारी बहुविध लहान मोठी घड्याळे मोठ्या प्रमाणावर तयार करीत आहेत.

दुसऱ्या जागतिक महायुद्धानंतर रशियानेही प्रचंड प्रमाणावर घड्याळाचे उत्पादन सुरू केले. जपानने एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धापासून विशेषतः मोठी घड्याळे तयार करण्यात चांगले यश मिळविले आहे. अलीकडे हा देश अती उत्तम रचनेची अचूक अशी लहान घड्याळे तयार करू लागला आहे. १९६० पासून चीनमध्येही लहान घड्याळे तयार करण्याचा एक कारखाना काढण्यात आलेला असून या धंद्याची वाढ करण्याच्या योजना आखण्यात आलेल्या होत्या.

मनगटी घड्याळाची डबी आधुनिक यंत्राच्या साहाय्याने अवघ्या ९० मिनिटांत तयार करून मिळते. ती निकेल व पितळ यांच्यापासून बनविलेल्या मिश्रधातूची असते. यंत्रावर या मिश्रधातूचा तुकडा घेण्यापासून तो संपूर्ण डबी तयार होईपर्यंत सारी कामे सारख्या अंतरावर बसविलेल्या तर्कू, चक्री पकड (चक) व कर्तन यंत्र यांच्या साह्याने होत राहतात. एकंदर यंत्राची मांडणी व जुळणी अशी असते की, त्यात स्प्रिंगेची जागा, दंतचक्रांची जागा, हिरे, पाचू, वगैरे रत्ने ठेवण्याच्या जागा या आपोआप व बिनचूक तयार होतात.

परदेशांप्रमाणे भारतातही अशी यंत्रे वापरात असून जयना टाइम फॅक्टरी, दिल्ली हिंदुस्थान इक्विपमेंट फॅक्टरी, जोगेश्वरी (मुंबई) हिंदुस्थान मशीन टूल्स, बंगलोर सायंटिफिक फॅक्टरी, कलकत्ता येथे उत्तम दर्जाची भिंतीवरची घड्याळे, स्त्री-पुरुषांसाठी मनगटी घड्याळे व गजराची घड्याळे बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात व माफक किंमतीत तयार होत आहेत. हिंदुस्थान मशीन टूल्स या सरकारी कारखान्याने जपानमधील सिटिझन वॉच कंपनीच्या सहकार्याने बंगलोर येथे घड्याळांचे उत्पादन सुरू केले. या कारखान्याची उत्पादन क्षमता प्रतिवर्षी ३,६०,००० घड्याळे तयार करण्याइतकी आहे. ऑक्टोबर १९७२ मध्ये दिनांक आणि दिवस दर्शविणारी २,००,००० घड्याळे प्रतिवर्षी तयार करण्याकरिता बंगलोरच्या कारखान्याचा विस्तार करण्यात आला. तसेच १९७२-७३ मध्ये श्रीनगर येथे प्रतिवर्षी ३,००,००० घड्याळे तयार करण्याचा कारखाना उभारण्यात आला आहे. वरील कारखान्यांत सहा प्रकारची पुरुषांची, दोन प्रकारची स्त्रियांची व एक प्रकारचे विद्यार्थ्यांसाठी अशी नऊ प्रकारची घड्याळे तयार करण्यात येत आहेत. हिंदुस्थान मशीन टूल्सने १९७२-७३ मध्ये ४.५ कोटी रु. किंमतीची घड्याळ तयार केली व एक लक्ष रु. किंमतीची घड्याळे निर्यात केली. 

पहा : कालमापक काललेखक.

संदर्भ : 1. Britten, F. J. (Edited by Player, F. W.), The Watch and Clockmakers Handbook, Dictionary and Guide, New York, 1955.

           2. de Carle, D. Watch and Clock Encyclopaedia, London, 1959.

           3. Khandekar, V. J. Horological Dictionary, Bombay, 1969.

           4. Robinson, T. R. Modern Clocks, London, 1955.

खांडेकर, वि. ज.

“