12
SLIDE RULE WRISTWATCHES Robert Adams Robert graduated with a ElectroTechnology Diploma from the SA Institute of Technology in 1970, using a slide rule (Thornton P221) and with a Engineering Degree in 1979 using a electronic calculator (HP25). He is currently the Principal Strategist for ElectraNet, an electricity transmission company. He started collecting slide rules approximately 10 years ago and has currently approx. 400 rules in the collection. A main focus of the collection is “Electro” slide rules and rules that have hyperbolic functions. Robert currently resides in Enfield, South Australia. A slide rule watch can be defined as any watch which combines the normal chronological functions with a calculating device that uses logarithmic scales. A small number of watches have only one logarithmic scale that rotates around a fixed time scale or have only one logarithmic scale for decoration, I do not consider these to be slide rule watches. Introduction The first slide rule watch was probably a pocket watch designed by Meyrat & Perdrizet in France near the turn of the 19th century. The slide rule wristwatch has a relatively recent origin, appearing from 1940 onwards. There is some dispute about who manufactured the first slide rule wristwatch, but it was certainly a Swiss firm. The first three slide rule wristwatches came from the firms MIMO, Juvenia and Breitling. The MimoLoga was possibly the first, with its patent application appearing on July 27, 1940, some weeks before Breitlingʹs patent for the 1

Slide Rule Wristwatches

Embed Size (px)

DESCRIPTION

A paper on the various scales to be found on slide rule wrist watches

Citation preview

Page 1: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

SLIDE RULE WRISTWATCHES  

Robert Adams  

Robert  graduated with  a  Electro‐Technology Diploma  from  the SA  Institute  of  Technology  in  1970,  using  a  slide  rule  (Thornton P221)  and  with  a  Engineering  Degree  in  1979  using  a  electronic calculator  (HP25).    He  is  currently  the  Principal  Strategist  for ElectraNet,  an  electricity  transmission  company.  He  started collecting slide rules approximately 10 years ago and has currently approx. 400 rules in the collection. A main focus of the collection is “Electro” slide rules and rules that have hyperbolic functions. Robert currently resides in Enfield, South Australia.  

 A slide rule watch can be defined as any watch which combines the normal chronological 

functions with a calculating device  that uses  logarithmic scales. A  small number of watches have  only  one  logarithmic  scale  that  rotates  around  a  fixed  time  scale  or  have  only  one logarithmic scale for decoration, I do not consider these to be slide rule watches. 

IntroductionThe first slide rule watch was probably a pocket watch designed by Meyrat & Perdrizet in 

France near the turn of the 19th century. 

 

  

The  slide  rule wristwatch  has  a  relatively  recent  origin,  appearing  from  1940  onwards. There  is  some  dispute  about who manufactured  the  first  slide  rule wristwatch,  but  it was certainly  a  Swiss  firm. The  first  three  slide  rule wristwatches  came  from  the  firms MIMO, Juvenia  and  Breitling.    The  Mimo‐Loga  was  possibly  the  first,  with  its patent application appearing  on  July  27,  1940,  some  weeks  before Breitlingʹs  patent  for  the 

1

Page 2: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

Chronomat which was submitted on August 26, 1940. The  Juvenia Arithmo  is usually dated around 1945 when  it became commercially available. The  images of the Mimo‐Loga, Juvenia and the Breitling below are taken from Art Simon’s Slide Rule watch site.   

 

However In 1952, Breitling also introduced a pilotʹs wristwatch with an integrated circular slide rule that incorporated scales specialized for flight calculations: the Navitimer. This watch which was referred to by Breitling as a ʺnavigation computerʺ, featured airspeed, rate/time of climb/descent,  flight  time,  distance,  and  fuel  consumption  functions,  as well  as  kilometre–nautical mile and gallon–litre fuel amount conversion functions. This watch, available in larger commercial quantities, came to epitomise the slide rule watch. 

With few exceptions no other watch manufacturers  introduced slide rule models until the 1960’s. This may be attributed  to  the  fact  that Swiss patents have a  term of 20 years, and so after the 1940 patents expired, other watch manufacturers felt free to incorporate logarithmic scales on their products.  

The Japanese (Seiko and Citizen) introduced models around the 70’s. And now even budget brands such as Casio have introduced slide rule models.  

Types  Slide rule wristwatches can be broadly categorized into two classes based upon their scale 

types and the number of scales included. The categories are described as follows. 

Calculating Watches Aviator (or Navigator) Watches 

Calculating watches These wristwatches  usually  have  only  two  scales  usually  a  C  and  D  scale  arranged  in 

similar fashion to the Mimo‐Loga patent. (Note: in this paper I will refer to the C scale as being the outer most scale on the watch). Examples of this genre are:  

                                      The Girard – Perregaux                 The Ventura Loga 

2

Page 3: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

Aviator watches An  aviator  or  navigator  slide  rule  wristwatch  by 

definition  should  assist  the  navigator  in  calculations required  by  their  profession.  To  do  this  the  slide  rule wristwatch needed to emulate the main functions of the E6‐B computer, the pilot’s manual calculating device.  

      The  Breitling Navitimer was  the  first  to  do  this  by 

combining  the C  and D  scales on  a  rotating Bezel  and inner  face  and with  a direct  9‐hour  speed  scale on  the clock  face  in  a  similar  layout  to  the  E6‐B.  This arrangement  enabled  pilots  to  calculate  airspeed, rate/time of climb or descent,  flight  time, distance, and fuel  consumption  functions,  as  well  as  kilometre–nautical mile and gallon–litre fuel amount conversion functions. 

An E6‐B Flight Computer

Examples of this type are: 

Breitling Navitimer with 9‐hour speed scale.  (Note: not all Navitimers have this scale) 

The Pulsar  (probably 100 times cheaper than the Breitling!) 

 Use 

The uses of the slide rule scales on a slide rule wristwatch are as per the normal methods used on any circular slide rule and any instructions for a circular slide rule would be able to be used for the slide rule watch. To illustrate the general calculations and aviation calculations I have  condensed  instructions  from  the  Casio  Watch  Company.  The  full  and  unabridged instructions  can  be  found  on  their  website  http://world.casio.com/.  The  examples  use  an aviator watch which has a outer and  inner  logarithmic  scale and also a  inner  time  scale.  In these explanations  I will use  the  terms  inner and outer  to refer  to  the  logarithmic scales and the term inner (time scale) to refer to the time scale. 

3

Page 4: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

Math Calculations Multiplication Example 12 x 15  

Align 12 on the outer scale with 10 on the inner cale. Then, 15 on the inner scale corresponds to 18 on

xample 300 / 15

e outer scale with 15 on the inner ale. Then, 10 on the inner scale corresponds to 20 

on

 square roots can e obtained.  

istance ert 45 miles into nautical miles and 

 

5  on  the  outer  scale with  STAT  on  the ner  scale.  Then,  NAUT  on  the  inner  scale 

co

Example: Convert 16.4 oil lbs. into U.S. gallons and  and litres.

  scale with OIL LBS on e outer scale. Then, U.S. GAL on  the outer scale 

co

a outer 

xample: Convert 13.1 fuel lbs. into U.S. gallons and  and litres. 

ner scale with FUEL LBS on e outer scale. Then, U.S. GAL on the outer scale 

co

s the outer scale, taking into account the position 

of the decimal point to obtain the answer of 180.   Division E

Align 30 on thsc the outer scale, taking into account the position 

of the decimal point to obtain 20.  

With other methods ratios andb

Conversions DExample: Convkilometres

Align  4inrresponds to about 39 nautical miles on the outer 

scale,  and  KM  on  the  inner  scale  corresponds  to about 72 km on the outer scale  

Weight 

IMP gallons

Align  16.4 on  the  innerthrresponds  to about 2.2 U.S. gallons on  the  inner 

scale,  and  IMP.  GAL  on  the  outer  scale corresponds to about 1.8 IMP gallons on the  inner scale,  nd LITERS on  the  scale  corresponds to about 8.3 litres on the inner scale  Volume EIMP. gallons

Align 13.1 on the inthrresponds to about 2.2 U.S. gallons on the inner 

scale,  and  IMP.  GAL  on  the  outer  scale corresponds to about 1.8 IMP. gallons on the inner 

4

Page 5: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

scale, and LITERS on the outer scale corresponds to about 8.3 litres on the inner scale Aviation Travel Time required

me required for the flight of an aircraft at 160 knots for 240 

Align  16 on  the outer  scale with  the  speed in

Speed to distance  e knots (air speed) for 250 nautical miles with a flight time of 1 hour and 40 minutes 

Align  25 on  the outer  scale with  ʺ1:40ʺ on th

Scales  y all current  slide  rule wristwatches use a  same  scale  layout with  the  two C and D 

sc

wever some notable exceptions.  he CI Scale 

verse of the C scale. Invariably positioned as the outermost scale it increases in m

Example: Obtain the tinautical miles 

dex  (in  this case  the MPH  line) on  the  inner scale. Then, 24 on  the outer scale corresponds to  ʺ1:30ʺ on  the  inner  scale  (time  scale). Thus, the  time required  for  the  flight  is 1 hours and 30 minutes. Note this only works for the same dimensions i.e. in this case knots and nautical m160 kilometres per hour and 240 nautical miles without conversion of one of the units.  

iles. It would not give the correct answer fo

Example: Obtain th

e  inner  scale  (time  scale).Then;  the  speed index on the inner scale corresponds to 15 on the  outer  scale.  Thus,  the  air  speed  for  the flight  is 150 knots. Again consistent units are required.  

Nearlales running  left  to right. The other scales  from  the standard slide rule which are used  for 

roots,  trigonometry,  logarithms  or  other  mathematical  operations  are  rarely  seen  on wristwatches. 

There are, ho

TThis is the inagnitude in an anticlockwise manner. It normally replaced the C scale on the watch as can be 

seen in the following image. 

5

Page 6: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

The Breitling for Bentley

Only  the  Juvenia Arithmo,  early Breitling manual‐wind Chronomat,  the  current Breitling for  Bentley  models  and  a  Chinese  replica  of  the  Breitling  for  Bentley  have  this  scale arrangement. Although you can still perform the usual multiplication and division, the reason for this inverse scale is a little difficult to establish, it is really only convenient if multiplication by reciprocals (i.e. division) is your usual calculation.  Trigonometric Scales 

Very  rarely  have  trigonometric  scales  been  included  on  slide  rule  watches.  The  only example that I have seen is the magnificent Seiko 6138‐7000,  

Seiko 6138 - 7000 Scale designations

The  images  above  show  that  the  outermost  scale  is  an  inverse  sine  scale  (SI).  The  scale provides the answer to 1/sin(x) which would be of advantage in any calculation involving the law of sines. It is interesting to note that the scale also has the converse to the sine scale i.e. the cosine scale indicated in orange, which would also allow the calculation of problems involving 1/cos  (x). This watch is also unique for another reason which will be elaborated in a later section.  

Index Mark The  index mark  is  placed  at  the  12  o’clock  position  usually  on  the  inner  scale.  In  the 

majority of the aviator and other slide rule wristwatches the value on the D scale (the normally fixed scale) at  the  index position  is 60.  In other cases  the slide rule watches mimic a normal circular slide rule and the value at the index position is 10 or 1.  

 

6

Page 7: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  Examples  

Index Mark = 60 Index Mark = 10

   

 The reason for the placement of the index mark in these cases seems to be arbitrary. In most 

cases Aviator  type watches  tend  to  have  the  index mark  at  60. Where  as most  calculator wristwatches  tend  to  have  the mark  at  10.    Although  this  convention  is  not  consistently applied.  

Gauge Marks Many wristwatches, particularly  the Aviator  type,  include  gauge marks  for many  of  the 

calculations. Most calculations involve a fixed relationship and are used for the conversion of one  quantity  to  another  e.g.  nautical mile  to  kilometres  or  litres  to  gallons.  As  such  the placement  of  the  gauge marks  could  have  been  arbitrarily  distributed  along  the  scale.  I.e. taking  the statute mile  to kilometre gauge marks  for example, as  long as  the relationship of approximately  1  to  1.61  is maintained  between  the marks,  any  values  could  be  used.   But nearly all watches conformed to the gauge mark values contained in the following table.  Category  Gauge Mark  Value      

Distance  Nautical Mile  660 or 327 

7

Page 8: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

Category  Gauge Mark  Value   Statute Mile  760 or 380   Kilometre  1222 or 611       

Fuel  Litres  485   Fuel Lbs  766   Oil Lbs  960   Imperial Gallon  1065   US Gallon  1280      

Mathematical  Pi  3.14   Seconds  360   Lbs  3630   Kgm  1623   Feet  1430   Metres  4360      

 Cursors 

Cursors on slide rule wristwatches are  indeed rare; the only real example would again be the unique and magnificent Seiko 6138‐7000.  

 

Rotating Cursor

Cursor Parts 

  

Cursors  are  indeed  a  rare  inclusion  for  a  number  of  reasons. Not  least  is  the  fact  that normally  only  two  scales  are  usually  involved  and  therefore  an  index mark  is  all  that  is required. Another reason could be that the implementation of a cursor on a watch means that a protuberance would be required and this would be prone to catching on pockets, garment edges etc.  

Another form of cursor is that used in the Mondia illustrated below. The Mondia had two movable scales and had an engraved red hairline on the watch class. This provided a “cursor” function.   

8

Page 9: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

 

The Mondia

Accuracy Sufficient accuracy and precision was and  is  the difficulty  faced by all  small  length  slide 

rules and slide  rule wristwatches being some of  the shortest  length scales suffered  the most from problems with accuracy and precision.  

The “accuracy” of a calculation system is the degree of proximity of the calculated result to its actual value. The “precision” of a calculation  is  the degree  to which repeated calculations show the same results. 

As  the scales on a slide  rule wristwatch are concentric  the  repeatability of  the calculation would  normally  be  guaranteed  if  there  is  no  flex  in  the mounting  of  the  scale  rings.  The placement of  the  scales had  a direct bearing on  the  readability of  the  scales  and hence  the repeatability (precision) of the calculation. This is best demonstrated by the following images 

   Placement of the scales as close as possible to each 

other made reading straightforward Whereas placement of the scales in this example  

makes accurate reading of the result difficult to repeat.  

9

Page 10: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

In most linear slide rules, even, the cheapest rule had scales that “tick” marks that aligned along the entire scale. The early and high end slide rule wristwatches, such as the Juvenia and Breitling  also  showed  the  same  manufacturing  accuracy.  But  some  modern  slide  rule wristwatches demonstrate somewhat shoddy manufacturing techniques and the alignment of the  tick marks  can be  so  far out of alignment  that  errors  in  calculation  can  easily approach 10%. 

Citizen Wingman  Index aligned  Tick Mark at 30 aligned 

GE Ollech and Wjas 

 Index aligned

 

Tick mark at 30 out of alignment. 30 on the inner scale aligns with 

29.8 on the outer scale

Evolution 

As  electronics  drove  to  ever  decreasing  sizes  it was  inevitable  that  calculators  could  be produced  in  the  size  aspect  of  wristwatches.  There  are  many  examples  of  “4  function” calculators produced  in wrist watch  form but very  few  in scientific styles. Perhaps  the most complicated watch is the Casio CFX‐200 shown in the following image.  

10

Page 11: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

  Like  the HP35  to  the  slide  rule  this would  seem  to  be  the  death  knell  for  the  slide  rule wristwatches. But no, the Casio CFX‐200 has been and gone and the slide rule wristwatch  is more prevalent  than ever. Why?  I would  like  to  think  that  the slide rule, has at  last  found a position in the modern world, but alas I think it is a reflection of fashion or mode for the retro feel.  Acknowledgements Firstly I would  like to thank Art Simon for allowing me to use many of the  images from his excellent Slide Rule watch site. http://sliderulewatches.googlepages.com/history.html. The use of these images greatly assisted me in the preparation of this paper. And I relied upon his site for the introductory historical information. Secondly,  I would also  like  to  thank David Rance  for again editing  this paper and his many suggestions  that  significantly  improved  it. 

11

Page 12: Slide Rule Wristwatches

Slide Rule Wristwatches  

 

12