घडय़ाळ कसे हवे? तर दिसायला देखणे, हाताला शोभणारे आणि खिशाला झेपणारे! या अपेक्षापूर्तीसाठीच यांत्रिक घडय़ाळांच्या स्वरूपात बदल होत गेले. हे बदल प्रामुख्याने घडय़ाळाचे सौंदर्य आणि आकार याच्याशी निगडित होते. तांत्रिक बदलामध्ये दोन बदल महत्त्वाचे आणि दूरगामी परिणाम करणारे ठरले. पहिला होता- घडय़ाळात हिऱ्यांचा वापर. आतील सतत फिरणाऱ्या चक्रांचे आयुष्य वाढवण्यासाठी त्यात बेअरिंग म्हणून हिरे वापरले जाऊ लागले. कारण हिरा हा तत्कालीन सर्वात कठीण पदार्थ होता. म्हणूनच त्याची झीज अत्यल्प होती. (आणि उंची, महागडी घडय़ाळे बनवण्याचा एक मार्गही खुला झाला.) दुसरा बदल म्हणजे स्वयंचलित मनगटी घडय़ाळे. यात घडय़ाळाला किल्ली देऊन आतील स्प्रिंगला ऊर्जा देण्याचा त्रास वाचला. हे करण्याकरिता घडय़ाळामध्ये एक ‘रोटर’ (फिरवणारा) बसवला. हा आपल्या हाताच्या हालचालीमुळे मुक्तपणे फिरक्या घेत राहतो आणि मुख्य स्प्रिंगला ताण देतो. ज्यातून घडय़ाळाला लागणारी ऊर्जा मिळते आणि ते चालत राहते. (अर्थात त्याकरिता हात हलणे आवश्यक आहे.)घडय़ाळ- मग ते भिंतीवरील असो की मनगटावरील- आतील यंत्रणा चालण्यासाठी या ना त्या स्वरूपातील यांत्रिकी ऊर्जा (Mechanical energy) त्याला पुरवावी लागते. यामध्ये स्प्रिंगमध्ये साठवलेली स्थायिक ऊर्जा (Potential Energy) संतुलन चक्राद्वारे गतिमान ऊर्जेमध्ये (Kinetic Energy) संक्रमित केली जाते. ठरावीक काळाने ही ऊर्जा देण्याचा त्रास वाचवला तो ‘क्वार्ट्झ’ या स्फटिकाने. काय गंमत आहे याच्यात, हे समजण्याकरिता आपल्याला ‘पिझो इलेक्ट्रिक’ ही भौतिकशास्त्रातील संकल्पना समजून घ्यावी लागेल.१८८० मध्ये जॅक आणि पियरे क्युरीने ही संकल्पना शोधून काढली. ग्रीक शब्द ‘पिझो’ (PIEZO) याचा अर्थ दाबणे किंवा पिळणे. दाबामुळे तयार होणारी वीज म्हणजे ‘पिझो इलेक्ट्रिक’! काही घन पदार्थ (स्फटिके, सिरामिक्स, हाडे, प्रथिने) यांत्रिकी ताणाला प्रतिसाद म्हणून विद्युतभार जमा करतात. आणि हा प्रकार उलटसुद्धा होताना दिसतो. म्हणजे या पदार्थाना जर विद्युत ऊर्जा पुरवली तर ते यांत्रिक ताण तयार करतात.क्वार्ट्झमध्ये (Silicon dioxide) हा गुण आहे, हे लक्षात आले. क्वार्ट्झच्या स्फटिकाला जर पीळ दिला तर तो क्षीण विद्युतभार तयार करतो, तसेच त्याला जर विद्युतभार दिला तर तो थरथरू लागतो. या थरथराटाची (कंपनांची) वारंवारिता (frequency) असते सेकंदाला ३२,७६८ वेळा!! यात चूक किंवा बदल होण्याची शक्यता अगदीच नगण्य. याच गुणामुळे घडय़ाळाची अचूकता आणि स्वयंचलितता वाढविण्याच्या मागे असलेल्या शास्त्रज्ञांनी त्याला रेती आणि दगडातून उचलला आणि घडय़ाळाच्या कोंदणात आणून बसवला. १९२७ मध्ये बेल टेलिफोन प्रयोगशाळेत मॉरिसन आणि हॉर्टन यांनी क्वार्ट्झवर चालणारे पहिले घडय़ाळ बनवले. पण त्याचे व्यावसायिक उत्पादन सुरू व्हायला ८० चे दशक उजाडावे लागले. कारण तोपर्यंत हे तंत्रज्ञान सुलभ आणि स्वस्त होण्याची प्रक्रिया अखंड, पण हळूहळू सुरू होती.कसे चालते हे क्वार्ट्झ घडय़ाळ?अतिशय अल्प विद्युतशक्तीमुळे थरथरणारा क्वार्ट्झ स्फटिक यात लंबक किंवा संतुलनचक्राचे काम करतो. बाकी सेकंद, मिनिट आणि तास काटा फिरवणारी गिअर साखळी यांत्रिक घडय़ाळासारखीच असते. या स्फटिकाला लागणारी विद्युतऊर्जा एक छोटीशी बॅटरी देत राहते. (अतिशय कमी ऊर्जा लागत असल्याने ही बॅटरी किमान वर्षभर तरी टिकते. आणि तुम्ही अगदी एव्हरेस्ट पर्वतावर असा किंवा समुद्राच्या तळाशी असा, हे घडय़ाळ अचूकच वेळ दाखवणार. कारण बदललेल्या गुरुत्वाकर्षणाचा त्यावरील परिणाम शून्यच असतो!) घडय़ाळातील मायक्रोचिप स्फटिकाची थरथराट वा कंपने मोजते आणि त्याच्या सहाय्याने सेकंदाला एक या गतीने विद्युत-स्पंद (pulses) तयार करते. हे स्पंद एकतर घडय़ाळातील छोटी मोटर चालवतात; ज्याने गिअर साखळी कार्यान्वित होते आणि काटे फिरू लागतात, किंवा LCD पडद्याला विद्युतशक्ती मिळते आणि त्यावर आकडे दिसू लागतात.क्वार्ट्झ घडय़ाळातील रचना आणि संकल्पना१. बॅटरी- मायक्रोचिप सर्किटला वीज पुरवते. २. मायक्रोचिप सर्किट- ‘नाद चिमटय़ा’च्या आकाराच्या क्वार्ट्झ स्फटिकाला विद्युतप्रवाह देऊन त्याची सेकंदाला ३२,७६८ वेळा थरथर/ कंपने सुरू करते. ३. ही मायक्रोचिप सर्किट स्फटिकाची कंपने सेकंदाला एक अशा विद्युत-स्पंदामध्ये परावर्तित करते. ४. विद्युत-स्पंदामुळे मोटर चालू होते आणि विद्युतऊर्जा यांत्रिक शक्तीमध्ये रूपांतरित होते. ५. विजेची मोटर गिअर फिरवतात. ६. गिअर घडय़ाळाचे काटे फिरवतात.प्रत्यक्षात हे घडय़ाळ आतून असे दिसते..१. बॅटरी. २. विजेवर चालणारी स्टेपर मोटर. ३. मायक्रोचिप. ४. हे सर्किट मायक्रोचिपला इतर भागांशी जोडते. ५. क्वार्ट्झ स्फटिक (चिमटय़ाचा आकार) ६. वेळ बदलू शकणारा स्क्रू. ७. सेकंद, मिनिट आणि तास काटा वेगवेगळ्या गतीने फिरवणारे गिअर. ८. सर्व काटय़ांना एकत्र ठेवणारा पिटुकला दांडा.हा क्वार्ट्झ स्फटिक बघता बघता सर्व आधुनिक उपकरणांचा अविभाज्य भाग बनला आणि त्यामुळेच आज ‘कुठलेही इलेक्ट्रॉनिक उपकरण घ्या आणि घडय़ाळ फुकटात मिळवा!!’ ही योजना सर्वत्र राबवली जाते. दीपक देवधर
