Khác với đồng hồ quả lắc phổ biến 200 năm trước, đồng hồ của nhà phát minh William Congreve đo thời gian bằng sự di chuyển của quả bóng nhỏ.
Cách hoạt động của đồng hồ bóng lăn. (Video: Vimeo).
Đầu thế kỷ 19, hầu hết đồng hồ đều đo thời gian thông qua sự dao động đều đặn của con lắc. Tuy nhiên, nhà phát minh người Anh William Congreve (1772-1828) đã tạo ra một chiếc đồng hồ khác thường với khả năng đo thời gian nhờ một quả bóng nhỏ.
Đồng hồ bóng lăn Congreve có một tấm đồng khắc đường zigzag. Một quả bóng nhỏ bằng đồng lăn theo rãnh zigzag và theo chiều nghiêng của tấm đồng. Đến cuối rãnh, quả bóng chạm vào thanh gạt và lò xo khiến đầu này của tấm đồng được nâng lên, đảo ngược chiều nghiêng và đẩy quả bóng lăn ngược lại. Thanh gạt cũng đẩy kim đồng hồ nhích thêm một đoạn bằng với khoảng thời gian bóng lăn trên rãnh. Trong đa số phiên bản, khoảng thời gian này là 15 giây, nhưng ở một số đồng hồ lớn hơn, khoảng thời gian này có thể dài tới một phút.
Dù Congreve thường được ghi nhận là người phát minh đồng hồ bóng lăn, thiết kế của ông không phải là thiết kế đầu tiên. Nhà phát minh người Pháp Nicolas Grollier de Servière và thợ đồng hồ người Đức Johann Sayller từng chế tạo những chiếc đồng hồ như vậy vào thế kỷ 17.
Đồng hồ bóng lăn.
Một số người cho rằng Congreve không biết về sự tồn tại của những thiết kế này, nhưng theo Mark Frank, người vận hành một website về đồng hồ cổ, Congreve có thể đã tiếp nhận một số chi tiết từ đồng hồ của Johann Sayller, nhất là khi cả hai thiết kế đều sử dụng đường zigzag (đồng hồ bóng lăn của Grollier sử dụng đường thẳng). Một điểm khác biệt là thiết kế của Sayller sử dụng nhiều quả bóng và một tấm phẳng cố định thay vì một quả bóng và tấm nghiêng như Congreve.
Độ chính xác của đồng hồ bóng lăn rất dễ bị các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng. Việc thiết lập đồng hồ đòi hỏi độ chính xác cực cao. Năm 1837, các nhân viên đảm nhận việc tính thời gian bằng đồng hồ bóng lăn tại Điện Buckingham, miêu tả đây là cỗ máy phức tạp và rắc rối nhất.
Darren Cox, nhà bảo tồn công nghệ tại Bảo tàng Quốc gia Scotland, cũng từng vật lộn với một chiếc đồng hồ trong hai tháng. "Đồng hồ và tấm nghiêng (phía trước và phía sau) cần thăng bằng tuyệt đối. Tôi nhận thấy, kể cả với tấm che tạm thời mà tôi làm để ngăn bụi, quả bóng kim loại vẫn cần được đánh bóng ít nhất hai tuần một lần để loại bỏ các mảnh vụn", ông giải thích.
"Tuy nhiên, nhiệm vụ lớn nhất để chiếc đồng hồ hoạt động là điều chỉnh mọi thanh gạt và tấm phẳng bị cong vênh và vặn xoắn trước đó. Chỉ một chút sai sót cũng khiến bóng ngừng lăn, và nếu không lăn đủ nhanh, nó cũng sẽ không thể khởi động chuỗi phản ứng và nâng tấm nghiêng lên", ông bổ sung.
Bụi cũng là vấn đề rất lớn. Thời gian để bóng lăn xuống dốc thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào độ sạch của đường rãnh và quả bóng. Ngoài ra, kim loại giãn nở hoặc co lại khi nhiệt độ tăng giảm, khiến chiều dài rãnh và kích thước của quả bóng cũng thay đổi. Darren Cox nhận thấy, đồng hồ bóng lăn có thể lệch tới 45 phút một ngày. Nhưng dù không phải công cụ đo thời gian đáng tin cậy, chúng rất đẹp mắt và có cách hoạt động thú vị, thu hút người quan sát.