ЧасыВРЕМЯ ЧАСОВ. Благодаря маятнику

Старинные монеты и нумизматика - ув

News image

Нумизматика как область коллекционирования зародилась давно, ...

КОЛЛЕКЦИОНИРОВАНИЕ ПИВНОЙ АТРИБУТИК

News image

Бирофилы, кто они? Перед вами некое ...

ВРЕМЯ ЧАСОВ. Благодаря маятнику

время часов. благодаря маятникуПочему ранние механические часы отличались небольшой точностью? Дело в том, что шпиндельный ход с билянцем еще не был полноценным регулятором часового механизма. Колебательный механизм - билянец - не имел собственного, постоянного периода колебаний. В солнечных часах равномерность движения теневой стрелки задает само Солнце и движение Земли вокруг своей оси.

Создавая механические часы, необходимо было найти такой же равномерный и постоянный процесс, как это придумала природа. И такой механизм был найден! В 1583 году молодой девятнадцатилетний Галилей изучал философию и медицину в Пизе. Однажды в Пизанском соборе любознательный юноша не столько слушал проповедь, сколько любовался движением люстр. Наблюдения за светильниками показались ему интересными. Для исследования колебаний маятников он изготовил опытную установку из свинцовых шариков, укрепленных на тонких нитях. Собственный пульс служил ему хорошим секундомером. Так, экспериментальным путем Галилео Галилей убедился в независимости периода колебаний маятника от величины амплитуды и на основании опытов определил зависимость периода колебания маятника от его длины. Но Галилей в то время был слишком юн, чтобы думать о внедрении в жизнь своего изобретения. И только в конце жизни старый, больной и почти слепой старик вспомнил о своих юношеских опытах.

И его осенило - приставить к маятнику счетчик колебаний, и получатся точные часы, так необходимые в эпоху Великих географических открытий! Идея испанца Санто Крууса, высказанная им в 1510 году о перевозке точных часов для определения долготы в открытом море, была хорошо известна. Не было только точных часов, способных работать на корабле в условиях качки и перепадов температуры, влажности и давления. Такие часы, впоследствии названные «морской хронометр», предстояло еще создать. Стремясь помочь морякам, а заодно и выиграть один из долготных призов (В XVI - XVII веках правительства стран Испании, Франции, Англии назначали громадные призы за разработку метода определения долготы в открытом море.), Галилео Галилей в 1641 году, за год до смерти, приступил к созданию маятниковых часов. Но силы были уже не те, ученый смог сделать только чертеж, завершил работу его сын Винченцо. Поскольку следовало хранить тайну, то широкой огласки создание маятниковых часов Галилеем и его сыном не получило. Впоследствии Христиану Гюйгенсу (Huygens 1629-95), нидерландский ученый) всю жизнь необходимо было доказывать, что именно ему принадлежит честь создания первых маятниковых часов. По этому поводу в 1673 году он писал: «Некоторые утверждают, что Галилей пытался сделать это изобретение, но не довел дело до конца; эти лица скорее уменьшают славу Галилея, чем мою, так как выходит, что я с большим успехом, чем он, выполнил туже задачу». Христиан Гюйгенс не просто изготовил очередной тип часов, он создал науку хронометрию. С этого времени в деле конструирования часов был наведен порядок. «Лошадь» (практика) уже не бежала впереди «паровоза» (теории). Идеи Х.Гюйгенса воплощал в жизнь парижский часовой мастер Исаак Тюре. Так увидели свет часы с различными конструкциями маятников, изобретенных Гюйгенсом, - циклоидальными, коническими... Христиан Гюйгенс надеялся использовать маятниковые часы для определения долготы на море. В период 1661 - 1687 годовой сконструировал несколько часов для корабля. Чтобы часы работали при качке и сохраняли вертикальное положение, их установили на конструкцию с кардановым подвесом. Результаты испытаний морских часов

Гюйгенса с маятником показали, что они вели себя неплохо при штиле, а в шторм и при сильной качке их показания были ненадежными. В 1674 году Гюйгенс отказался от использования маятника в морских часах.

Часы с маятником можно сделать очень точными, а точные часы нужны не только на корабле. В астрономических обсерваториях ученые наблюдают за Солнцем или за звездами в определенные мгновения их появления на небосводе. До следующего наблюдения солнечное или звездное время необходимо хранить. В прошлые века, пока не изобрели кварцевые, молекулярные и атомные приборы времени, для хранения времени использовали маятниковые часы. Сколько изобретений с тех пор было сделано как известными учеными, так и безвестными «самоучками»! Если точные часы нужны не для качающегося в океане корабля, а для стационарного объекта, расположенного на земле, то гораздо лучше для этих целей изготавливать часы с маятником.

Для получения большей точности отсчета времени при изготовлении часов для обсерваторий по возможности учитываются и устраняются все источники погрешности, а для работы хронометрического устройства создаются наиболее благоприятные условия. В часах самым главным элементом является маятник. Двигатель и шестеренки являются передаточным механизмом, стрелки - индикатором, указывающим устройством, а отмеряет время маятник. Поэтому в астрономических часах стараются создать возможно лучшие условия для работы маятника: сделать постоянной температуру помещения, устранить толчки, ослабить сопротивление воздуха, уменьшить механическую нагрузку. Как правило, астрономические часы, заключенные в колбу с пониженным давлением, помещают в глубокий подвал, защищенный от сотрясений.

После Галилея и Гюйгенса часы с маятником прошли свой трехвековой путь развития. Какие же задачи стояли перед изобретателями? Точность, точность и еще раз точность! От чего, прежде всего, зависит точность?

Сердцем часов, как уже было сказано, является маятник. Поэтому именно о маятнике, его комфорте, нужно заботиться в первую очередь.

Вспомним знаменитую формулу Христиана Гюйгенса для определения периода колебания маятника при малых амплитудах: T=2π√ l/g

Основной в этой формуле является длина - «L». Металлический маятник при изменении температуры окружающей среды станет чуть длинней, или короче, а часы будут спешить или отставать. Поэтому вначале подумали о создании маятников, длина которых не зависела бы от температуры.

Практически одновременно, около 1725 года, два великих английских мастера - Георг Грэхэм и Джон Гаррисон создали термокомпенсационные маятники разных конструкций - первый с ртутной компенсацией, второй - биметаллический, решетчатый.

В 1895 году английский ученый Чарльз Эдуард Гильом изготовил сплав - инвар, обладающий таким низким коэффициентом линейного расширения, что для маятников, произведенных из этого сплава, требуется совсем незначительная компенсация. Британский часовой институт присудил Гильому за это открытие золотую медаль.

Но маятник сам по себе - это еще не часы. Его нужно связать с часовым механизмом, прежде всего для выгоды самого маятника. Если его вовремя не «кормить», не поставлять ему энергию от двигателя, он быстро остановится. Маятник нужен остальным деталям часов. Его равномерное движение передается на все звенья хронометрического устройства: зубчатые колеса, стрелки, и часы показывают правильное время. Этот узел часов - самый главный, называется спусковой регулятор. Здесь конструктор должен проявить мастерство, для того чтобы маятник колебался как можно более свободно и не останавливался.

Несвободный шпиндельный ход, используемый и в ранних башенных часах, и в часах Гюйгенса, находился практически в постоянной кинематической и динамической связи с осциллятором, и его применение тормозило развитие маятниковых часов. В свободных спусковых регуляторах такая связь продолжается на малом отрезке времени - при освобождении колесной зубчатой передачи и в процессе передачи импульса на осциллятор. Первый после шпиндельного ход, позволивший намного повысить точность часов, изобрел в 1715 году английский часовой мастер Георг р. Ход, названный его именем, состоял из ходового колеса и анкера. На оси анкера располагался поводок «вилка», через который осуществлялась связь с маятником. Часы для физических и астрономических измерений должны были быть сконструированы так, чтобы их индикатор имел секундную стрелку, которая бы одним скачком отмеряла целые секундные интервалы. Этому требованию очень хорошо удовлетворял анкерный спуск Грэхэма с маятником длиной 984 мм. Секундная стрелка в часах Грэхэма была установлена непосредственно на удлиненном валу спускового колеса.

За годы существования часового дела были созданы сотни различных видов спусковых механизмов, десятки конструкций маятников, усовершенствовано множество деталей, влияющих на точность, надежность и долговечность приборов времени. И вот настал XX век, англичанин Вильгельм Шорт изобрел астрономические электромеханические часы с аналогичным названием - часы Шорта с двумя маятниками - «рабочим (рабским)» и «свободным». Это электрочасовая система, где «свободному» маятнику созданы все условия для точной работы, его даже поместили в колбу с разряженной атмосферой (почти вакуум). Второй же маятник, «рабочий», управляемый свободным, совершал синхронно с ним вынужденные колебания. От первого маятника зависит точность часов. Второй выполняет всю вспомогательную работу, связан со стрелочной индикацией. Часы Шорта по тем временам давали поразительную точность - ± 1 секунду за три, а отдельные экземпляры за пять лет! Думали, что точнее маятниковые часы изготовить невозможно, и решили, что эволюция маятниковых приборов времени завершена.

В мае 1946 года часового мастера и механика точных танковых приборов Шестой танковой армии Феодосия Михайловича Федченко направили на работу в Харьковский государственный институт мер и измерительных приборов. Там в 1949 году в лаборатории времени перед талантливым инженером поставили задачу - изыскать возможность увеличения точности хода часов Шорта. Федченко решил, прежде чем совершенствовать часы английского мастера, вернуться к истокам и основательно изучить труды великого Гюйгенса.

Харьковский изобретатель установил, что еще в 1673 году Христиан Гюйгенс в «Трактате о часах» практически все поведал о том, как делать маятниковые часы. Оказывается, для того, чтобы часы были точными, необходимо, чтобы центр тяжести маятника в пространстве описывал не дугу окружности, а часть циклоиды, кривой, по которой движется точка контура колеса, катящегося по дороге. В этом случае колебания маятника будут изохронными, не зависящими от амплитуды. Сам Гюйгенс, теоретически все обосновавший, пытался достичь цели, делая тысячи изобретений, но к идеалу не приблизился. Последователи Гюйгенса, в том числе и Шорт, повышали точность другим путем - максимально изолировали маятник от внешних влияний, помещая точные часы глубоко в подвал, в вакуум, где минимально изменяется вибрация, температура. Федченко захотел осуществить мечту Гюйгенса и создать изохронный маятник. Говорят, что все гениальное - просто. Так и Федченко всего лишь подвесил маятник на три пружины: две длинные - по бокам и одну короткую - в середине. Казалось бы, ничего особенного, но на пути к открытию проведены тысячи опытов. Были перепробованы пружины толстые и тонкие, длинные и короткие, плоские и с переменным сечением. Пять долгих лет терпеливой и кропотливой работы, неверие коллег - на него уже просто перестали обращать внимание. И вдруг - счастливый случай благодаря элементарной ошибке в сборке подвеса. Несколько винтов плохо закрутили, и подвес повел себя так, что маятник начал совершать изохронные колебания. Опыты проверяли и перепроверяли, все оставалось по-прежнему. Трехпружинный подвес маятника решал задачу Гюйгенса - при изменении амплитуды колебаний, период оставался неизменным. На изобретенный Ф.М. Федченко трехпружинный подвес маятника 18 марта 1955 года выдано авторское свидетельство № 100085. Часам Федченко посвящена целая статья в Большой Советской Энциклопедии. Можно ли сделать маятниковые часы еще точнее? Наверное, можно, но зачем? В те же годы, когда Федченко разрабатывал свои часы, начали появляться приборы времени принципиально новых конструкций - кварцевые, молекулярные, атомные, а затем и лазерные часы. Точность этих хронометрических систем на несколько порядков выше любых электромеханических часов. Так что именно Феодосии Михайлович Федченко поставил последнюю точку в эволюции маятниковых часов. Таким образом, от Галилея и Гюйгенса до Федченко около трехсот лет развивались и совершенствовались часы с маятником. Уникальные изделия знаменитых механиков XVIII - XX веков позволили создать каталоги многих тысяч звезд, определить координаты различных планет, астероидов и комет, обеспечить первые успешные запуски искусственных спутников. Навсегда вписаны в мировую историю имена создателей высокоточных астрономических маятниковых часов. Это известные ученые, инженеры, изобретатели: Рифлер, Шорт, Федченко. Неслучайно, что изобретателями первых маятниковых часов были астрономы Г. Галилей и X. Гюйгенс. Существует мнение, что одним из показателей уровня технического развития страны является состояние ее службы точного времени.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Интересные факты:

Коллекционирование является отличным спо

News image

  Коллекционирование является древним человеческим занятием, которое обеспечивало людям пропитание на первых порах их существования, речь шла тогда о собирательстве. Но коллекционирование отличается от собирательства своей бо...

Коллекционирование денежных знаков

News image

Денежные знаки являются своеобразным и необходимым источником при изучении истории идеологии, религии, политической мысли, экономической истории общества. По денежным знакам можно проследить денежную эмиссию, введение в ...

Инвестиции в коллекционирование

Оружейные коллекции: особенности инвести

News image

Коллекции. Старинные сабли гораздо надежнее любой валюты, считают коллекционеры. Но по...

Определены самые необычные музейные колл

News image

Приезжая в новую местность, туристы спешат познакомиться с достопримечательностями, посетить му...

Как не наломать дров при инвестициях в и

News image

По сообщению американской газеты The New York Sun, специалисты банков и ...

Авторизация



TRUSTLINK