Как работают маятниковые часы кратко

Обновлено: 01.07.2024

Более трехсот лет длилась эволюция маятниковых часов. Тысячи изобретений на пути к совершенству. Но в исторической памяти надолго останутся лишь те, кто поставил первую и последнюю точку в этой великой эпопее

Часы из телевизора
Перед любыми программами новостей на телевидении мы видим часы, секундная стрелка которых с большим достоинством отсчитывает последние мгновения до начала передачи. Этот циферблат - видимая часть айсберга под названием АЧФ-3, астрономические часы Федченко. Не каждый прибор носит имя конструктора, не обо всех изобретениях сообщают в энциклопедиях.

Часы Феодосия Михайловича Федченко удостоены такой чести. В любой другой стране об изобретателе подобного уровня знал бы каждый школьник. А у нас уже 11 лет назад тихо и скромно ушел из жизни выдающийся конструктор и никто о нем даже вспоминает. Почему? Наверное, в свое время был упрям, не умел льстить и лицемерить, что так не нравилось чиновникам от науки.
Помогла изобрести Федченко знаменитые часы случайность. Одна из тех загадочных случайностей, которая так украшает историю науки.

Две первые точки в истории маятниковых часов поставили два великих ученых - Галилео Галилей и Христиан Гюйгенс независимо друг от друга, создавшие часы с маятником, причем открытие законов колебания маятника пришло к Галилею тоже случайно. Кому-то на голову упадет кирпич -и ничего, даже сотрясения мозга не произойдет, а другому достаточно простого яблока, чтобы разбудить дремавшую в подсознании мысль для открытия закона всемирного тяготения. Великие случайности происходят, как правило, с великими личностями.

В 1583 году в Пизанском соборе любознательный юноша по имени Галилео Галилей не столько слушал проповедь, сколько любовался движением люстр. Наблюдения за светильниками показались ему интересными и, вернувшись домой, девятнадцатилетний Галилей изготовил опытную установку для исследования колебаний маятников - свинцовых шариков, укрепленных на тонких нитях. Собственный пульс служил ему хорошим секундомером.

Так, экспериментальным путем, Галилео Галилей открыл законы колебания маятника, которые сегодня изучают в каждой школе. Но Галилей в то время был слишком молод, чтобы думать о внедрении в жизнь своего изобретения. Вокруг столько интересного, надо спешить. И только в конце жизни, старый, больной и слепой старик, вспомнил о своих юношеских опытах. И его осенило - приставить к маятнику счетчик колебаний, - и получатся точные часы! Но силы Галилея были уже не те, ученый смог сделать только чертеж часов, завершил же работу его сын Винченцо, который вскоре умер и широкой огласки создание маятниковых часов Галилеем не получило.

Впоследствии Христиану Гюйгенсу 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 ту же задачу".

Не так уж важно кто из этих двух великих ученых "первее" в деле создания часов с маятником. Гораздо значительнее то, что 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 Гюйгенса воплощал в жизнь парижский часовой мастер Исаак Тюре. Так увидели свет часы с различными конструкциями маятников, изобретенных Гюйгенсом.

Начало "карьеры" учителя физики
Феодосии Михайлович Федченко, родившийся в 1911 году ничего не знал о страстях по маятнику трехсотлетней давности. Да и вообще о часах он не думал. Его "карьера" началась в бедной сельской школе. Простой учитель физики вынужден был стать невольным изобретателем. Как же иначе, не имея должного оборудования, объяснить любознательным детишкам основополагающие законы природы.

Талантливый педагог конструировал сложные демонстрационные установки и, вероятно, его уроки школьники не пропускали. Война внесла коррективу в судьбу молодого изобретателя, Федченко стал незаурядным механиком танковых приборов. И вот первый звоночек судьбы - после окончания войны Феодосию Михайловичу предложили работу в Харьковском институте мер и измерительных приборов, в лаборатории, где среди научных тем была записана и такая: "Изыскание возможности увеличения точности хода часов со свободным маятником типа "Шорт"".

Его настольной книгой стал "Трактат о часах" Христиана Гюйгенса. Так заочно познакомился Ф. М. Федченко со своими знаменитыми предшественниками Христианом Гюйгенсом и Вильгельмом X. Шортом.

Предпоследняя точка в истории часов с маятником была поставлена английским ученым Вильгельмом X. Шортом. Правда, долгое время считалось, что создать часы с маятником точнее, чем часы Шорта невозможно. В 20-е годы XX века решили, что эволюция маятниковых приборов времени завершена. Каждая обсерватория не считалась достаточно оснащенной, если не имела астрономических часов Шорта, но платить за них приходилось золотом.

Один экземпляр часов Шорта приобрела Пулковская обсерватория. Английская фирма, установившая хранитель времени, запрещала к ним даже прикасаться, иначе снимала с себя всякую ответственность за настройку хитрого механизма. В 30-е годы Главной палате мер и весов в Ленинграде поручили разгадать секрет часов Шорта и начать изготавливать подобные устройства собственными силами. Талантливый метролог И. И. Кванберг долго разглядывал механизм часов через герметическое стекло цилиндра и попытался, не имея чертежей, изготовить копию. Копия была достаточно хорошей, но не идеальной. Всех английских тонкостей через стекло разглядеть было невозможно. Тем не менее, до войны на заводе "Эталон" было выпущено несколько экземпляров часов Кванберга.
Вот такую "простенькую" тему - изготовить часы точнее, чем это сделал Шорт - и поручили новичку Ф. М. Федченко, пришедшему после войны в харьковский институт.

Возвращение к истокам
Харьковский умелец установил, что еще в 1673 году Христиан Гюйгенс в "Трактате о часах" практически все сказал 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 на ободе 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, добивались точности другим путем -максимально изолировали маятник от внешних влияний, помещая точные часы глубоко в подвал, в вакуум, где минимально изменяется вибрация, температура
Федченко же, захотел осуществить мечту Гюйгенса и создать изохронный маятник. Говорят, что все идеальное - просто. Так и Федченко всего на всего подвесил маятник на три пружины - две длинные - по бокам и одну короткую - в середине. Казалось бы, ничего особенного, но на пути к открытию, были 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. Трех пружинный подвес маятника решал задачу Гюйгенса - при изменении амплитуды колебания, период оставался неизменным.
Столица, конечно, переманила талантливого изобретателя. В 1953 году Ф.М. Федченко перевели в Москву, в лабораторию маятниковых приборов времени создававшегося Всесоюзного научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений.

Конечно, в Харькове это не понравилось. Федченко нанесли удар ниже пояса, - не отдали высокоточный импортный станок, стоивший громадных денег. В Москву изобретатель привез только три экземпляра первых опытных часов АЧФ-1. Для продолжения работы станок был необходим, в магазинах страны подобное оборудование не продавали. У частников, с трудом, но можно было найти нужный станок, и Федченко нашел. Но как платить? Наличные деньги в государственном учреждении не выдавали, тем более такую сумму -одиннадцать тысяч рублей.

Отчаявшийся Федченко, понимая, что без прецизионного оборудования он, как без рук, пошел на настоящую авантюру. Он напрямую обратился к управляющему Госбанка и нашел такие убедительные слова о значение своего изобретения, что умный и смелый человек, профессионал в своем деле, поверив мастеру, выдал ему нужную сумму наличными, в качестве документа потребовав просто расписку. Это один из примеров "очевидного, но невероятного".

Еще несколько десятилетий совершенствовали механизм астрономических часов Федченко, пока не появилась знаменитая модель - "АЧФ-3", принесшая славу, как автору, так и стране. Высокоточные часы демонстрировались на Всемирной выставке в Монреале, награждены медалями ВДНХ; описания часов включены в энциклопедии и в различные серьезные издания по хронометрии.

Блеск и трагедия изобретения Федченко
Ф. М. Федченко - создал высокоточные электронно-механические маятниковые часы в то время, когда уже начали появляться кварцевые, молекулярные и атомные приборы времени. Эти системы нельзя сравнивать. Каждая выполняет свои конкретные задачи и в своей области незаменима. Но, к сожалению, не все это понимают. Феодосии Михайлович Федченко никогда не был обделен вниманием ученых, своих коллег. Но вот чиновники, от которых часто зависит как судьба самого изобретателя, так и его изобретения, не всегда ведают, что творят.

В Госстандарте СССР относились к знаменитому конструктору прохладно. В 1973 году ВНИИФТРИ предложил выплатить изобретателю достойное вознаграждение за более чем двадцатипятилетнюю работу по созданию отечественных астрономических часов, принесших стране громадный экономический эффект и независимость от импорта прецизионных часовых механизмов. В Госстандарте сочли возможным урезать предложенное вознаграждение в 9 раз, сославшись на то, что "точность хода часов АЧФ-3 ниже действующих атомных часов". Конечно, ниже. Но атомные часы одни на всю страну, их обслуживает целый коллектив сотрудников, это Государственный эталон времени и частоты, а у часов Федченко совершенно другое назначение - это хранители времени. До сих пор часами Федченко оснащены многие телецентры, аэропорты, космодромы, обсерватории.

Разве кто-нибудь додумается сравнивать по скорости велосипед и космическую ракету. А в Госстандарте сравнили маятниковые часы Федченко, дающие погрешность в одну секунду за 15 лет с атомными часами, ошибающимися на ту же секунду за триста тысяч лет. Оценивать можно только аналогичного класса системы. Например, часы Федченко по сравнению с часами Шорта, намного дешевле, экономичнее, надежнее, удобнее в эксплуатации и на порядок точнее. Не будем обращать внимания на недальновидных и недобросовестных чиновников всех рангов. Главное, запомним, и будем гордиться, что наш соотечественник Феодосии Михайлович Федченко поставил последнюю точку в развитии маятниковых часов. Послушайте, как это гордо звучит - от Галилея и Гюйгенса до Федченко!

Мастер, конечно, знал цену себе и знал, что найдутся злопыхатели, которые попытаются умалить значение его изобретения. Чтобы не забыли о деле всей его жизни, Федченко сам пришел в 1970 году в Политехнический музей с предложением принять в дар и экспонировать часы его конструкции. Сегодня в маленьком зале московского музея можно увидеть многие шедевры часового искусства, в том числе и часы - изобретателя с большой буквы - Феодосия Михайловича Федченко

На новогодних поздравительных открытках часто помещают изображение часов. И это не удивительно. Ведь момент перехода от старого к новому году фиксируют с помощью прибора для измерения времени — часов. Их история — это неотъемлемая часть истории культуры, тесно связанная с прогрессом науки и техники. Исторически совершенствование методов и средств измерения времени происходило не само по себе, а под влиянием требований к точности измерения времени на том или ином уровне развития культуры и цивилизации.

Немыми памятниками, свидетельствующими о наличии практического интереса к астрономическим знаниям у людей позднекаменного и начала бронзового века, являются мегалитические постройки, ориентированные по Солнцу и Луне.

Некоторые из них позволяли с удивительной точностью вести календарный счёт дням, отмечать наступление начала времён года и предсказывать наступление солнечных и лунных затмений.

В Древнем мире и в Средние века при господстве аграрного строя и ремесленной техники не было нужды делить время на мелкие отрезки и точно их измерять, как теперь. Люди жили и определяли время по естественному движению Солнца, по длинным летним и коротким зимним дням. Поэтому неудивительно, что одним из древнейших устройств для определения времени были солнечные часы. Их появление связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Доподлинно не известно, когда именно появились солнечные часы. Но самым древним из них более трёх тысяч лет. Они были обнаружены нарисованными на куске известняка в Египте в Долине царей возле жилища рабочих.

Ещё одним древним устройством счёта времени, известным со времён ассиро-вавилонян и Древнего Египта, были водяные часы — клепсидра. У египтян, вавилонян и древних греков промежуток времени измерялся количеством воды, вытекавшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. А у китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, — пустой полушаровидный сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через малое отверстие.

Солнечные и водные часы, а также песочные и огненные использовались людьми вплоть до ХIII века, когда им на смену пришли первые механические часы, устройство которых было описано в альбоме французского архитектора Виллара де Оннекура. Как видно из эскиза этого устройства, здесь в качестве движущей силы применена гиря, подвешенная на конце верёвки, обмотанной вокруг оси колеса. Падение гири и относительно равномерное вращение вертикального стержня, на котором на подставке укреплена фигура ангела, регулировалось колебанием колеса взад и вперёд.

И как часы, которых бой знакомый
Нас будит в миг, как к утрене встаёт
Христа невеста звать нас в божьи домы,
Часы, где так устроен ход,
Что звук: динь-динь как звуки струн на лире.

И как в часах колёса с их прибором
Так движутся, что чуть ползёт одно,
Другое же летит пред взором…

В обоих этих случаях речь, несомненно, идёт о механических часах с боем.

Основным недостатком первых механических башенных часов было то, что в них, в лучшем случае, была только часовая стрелка, так как колёсный механизм не давал большой точности при измерении малых отрезков времени и не обладал постоянством хода, необходимым для ведения астрономических наблюдений.

Несмотря на это, колёсный механизм прослужил человечеству несколько столетий. Наиболее ранний из сохранившихся до наших дней башенный часовой механизм находится в соборе английского города Солсбери и относится к 1386 году. Сейчас он представлен в качестве музейного экспоната.

А, например, в Гродно, Республика Беларусь, находятся старейшие башенные часы Европы. Уже в течение более пятисот лет они исправно показывают жителям города точное время. Часовой механизм приводит в действие семидесятикилограммовая механическая гиря, которую каждый день смотритель поднимает на высоту пятиэтажного дома.

Дальнейшее развитие механики позволило создать более совершенный регулятор. Им стал маятник. Со времени изобретения маятниковых часов начинается история классической колебательной хронометрии.

Первые идеи о применении маятника в качестве регулятора хода принадлежат Леонардо да Винчи. В библиотеке Амброзиана в Милане хранится большое количество его черновиков. На листке 257 рукой учёного набросан эскиз применения маятника в качестве регулятора хода часов. Как видно, вокруг оси намотана верёвка с гирей на конце. Видно, каким образом приводится в действие зубчатая передача, а также как осуществляется связь движущей силы со спусковым устройством. Но нет никаких объяснений действия спускового устройства и регулирования зубчатой передачи.

Поэтому считается, что история происхождения маятника началась в городе Пиза. По свидетельству Вивиани, первого биографа Галилео Галилея, в 1583 году девятнадцатилетний юноша Галилей, будучи студентом медицинского факультета, обязан был посещать богослужения в Пизанском соборе. Однажды во время богослужения он случайно обратил внимание на то, что люстра, свисавшая с потолка на длинных цепочках, по какой-то причине стала медленно раскачиваться. И хотя размахи люстры постепенно ослабевали, Галилею показалось, что время одного качания остаётся неизменным. Так как точных приборов для измерения времени тогда ещё не было, хорошим секундомером ему послужил собственный пульс.

Вернувшись домой, Галилей первым делом решил проверить свою догадку. Он стал раскачивать разные предметы, попадавшиеся ему под руку: ключ от двери и камешки, пустую чернильницу, сапоги и другие предметы. Отсчёт времени он по-прежнему вёл по собственному пульсу. Удивительно, но несмотря на то, что колебания все этих маятников со временем затухали, их время одного полного колебания оставалось примерно постоянным. Эти наблюдения побудили Галилея приступить к исследованиям, в результате которых он установил главный закон колебания маятника — независимость периода колебания при малых амплитудах.

Галилей установил также и то, что маятники одинаковой длины имеют колебания одинаковой продолжительности, независимо от того, из какого материала они сделаны — из дерева, камня или металла. Такие колебания стали называть изохронными.

Размышляя о своём открытии, Галилей подумал, что оно может пригодиться врачам для того, чтобы считать пульс у больных людей. Молодой учёный придумал небольшой приборчик под названием пульсалогий, который быстро вошёл во врачебную практику. Врач приходил к больному, одной рукой щупал пульс, а другой — укорачивал или удлинял маятник своего прибора так, чтобы качание маятника совпадало с ударами пульса. Потом по длине маятника врач определял частоту биения сердца больного.

Но через несколько месяцев Галилей — автор этого замечательного изобретения — заболел и 8 января 1642 года умер. После этого события у Винченцо пропал энтузиазм к выполнению модели, и только в апреле 1649 года он стал работать над её созданием согласно концепции своего отца.

Спусковой механизм часов Галилея состоял из двух скоб, закреплённых на оси маятника, храпового колеса со штифтами и пружины со штифтом, которая в разогнутом состоянии не давала колесу возвращаться. Когда маятник двигался влево, верхняя скоба поднимала пружину, колесо возвращалось и ударяло по нижней скобе. Маятник, получив толчок, двигался вправо, верхняя скоба отпускала пружину, храповое колесо, вернувшись на один зуб, останавливалось. Маятник, сделав одно колебание, возвращался, и цикл начинался сначала.

Колесо с косыми зубьями (его ещё называют ходовым колесом) жёстко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепь с гирей. К маятнику приделана перекладина (анкер), на концах которой укреплены пластинки, изогнутые по окружности с центром на оси маятника. Анкер даёт возможность ходовому колесу провернуться только на один зуб за каждые полпериода маятника.

Первые часы с анкерным механизмом были изготовлены английским часовщиком Уильямом Клементом в 1671 году. А усовершенствовал анкерный механизм в 1715 году англичанин Джордж Грэхем, который изобрёл анкерный механизм, имеющий значительно меньшие потери энергии, чем механизм Клемента. Использование нового механизма позволило Грэхему создать часы, точность хода которых достигала 0,1 секунды. Механизм Грэхема применяли почти двести лет, вплоть до 1890 года.

С развитием знаний об электричестве в девятнадцатом веке появляются первые электрические часы, в которых колебаниями маятника руководит электрическая схема. Позже появляются и первые электронные часы, в основе которых лежит подсчёт числа колебаний кварцевого резонатора в электронной схеме. А в середине двадцатого века им на смену приходят атомные часы. Стабильность атомных часов, которая определяется отношением отклонения частоты от своего начального значения к самой частоте, обычно достигает 10 -15 . Однако в 2018 году группа американских учёных добилась стабильности в 2,5 ∙ 10 -19 , что соответствует накоплению ошибки в одну секунду за несколько сотен миллиардов лет.

Сегодня механические маятниковые часы по точности не могут конкурировать с такими приборами для измерения времени. В настоящее время механические маятниковые часы стали экзотикой. Но более двух веков они были точными приборами для измерения времени. Механические маятниковые часы стали символом своей эпохи. Их история как часть истории человеческой цивилизации всегда будет оставаться источником вдохновляющих примеров, несмотря на то, что сейчас мы воспринимаем эту историю как сказку — интересную, поучительную, но такую далёкую от современной жизни.

Настенные часы – важный элемент декора, которому придают большое значение. Правильно подобранная модель дополняет интерьер, подчеркивает гармонию помещения. Помимо декоративной функции, часы также очень удобны, ведь они сообщают о времени. Настенное устройство с маятником и гирей – это удачное решение при создании классического интерьера, оно смотрится очень эффектно и подчеркивает стиль.

Краткая история

Первые механические изделия были созданы в XIII–XIV вв. Тогда часы представляли из себя громоздкие устройства, работающие за счет энергии груза, который опускался. Долгое время таким грузом являлись гири. Изначально устройства устанавливались на достопримечательностях – башнях: городской, церковной. В XIV–XV вв. были созданы первые часы, сконструированные по той же схеме, что и башенные. Их можно было вешать на стену.

Интересный факт: особенность часов состояла в том, что в конструкцию входили очень длинные маятники, поэтому их приходилось вешать высоко на стене.

Впервые башенные конструкции часов создал монах Габерт в далеком 996 году. Раньше такое удовольствие могли получить не все страны, а сегодня приобрести часы, поражающие своей витиеватостью и оригинальностью исполнения, может любой желающий.

Первые точные часы (маятниковые) были изобретены и созданы голландцем Христианом Гюйгенсом – великий математик и физик, работал приблизительно с 1656 по 1695 годы. В этих часах уже была минутная стрелка. Но создание стало возможным благодаря экспериментам, которые проводил Галилео Галилей (великий математик). Он наблюдал за светильником, точнее, его колебаниями, который был подвешен на длинной цепи. Эти наблюдения и послужили для разработки механизма на основе колеблющегося мятника.

Плюсы и минусы

Плюсов часов с маятником столько, сколько каждый может увидеть для себя. Модели могут быть самой разнообразной формы: круглые, удлиненные, прямоугольные, что позволяет оформлять спальню или гостиную в соответствии с требованиями. Кроме того, часы изготавливаются из разнообразных материалов, что вызывает удовольствие от процесса выбора.

Сложно назвать минусы, но кое-что к ним можно отнести – часы с боем, например, со временем могут надоедать, ведь они издают бой за день 156 раз. Некоторые потребители замечают, что изделия срабатывают неправильно – бьют не вовремя (на несколько минут позже или раньше). Кроме того, бой часов может вызвать у соседей раздражение, и придется, сталкиваясь с ними на лестничной клетке, ощущать на себе неприятные взгляды.

Но в то же время часы с боем, маятником и мелодией с оригинальной акустикой издаваемого звука подчеркнут перед гостями, что хозяева дома – изысканные и респектабельные люди. Звон внесет в дом оживление, поднимет настроение. Издревле модель считалась дорогим декоративным элементом, и по-прежнему такие часы дарят эстетическое удовольствие.

Как выбрать?

Безусловно, обставляя свой дом, стоит уделить внимание деталям. Но что касается часов с маятником – это скорее не деталь, а яркий акцент! Сейчас производители предлагают своим потребителям разнообразный выбор, включающий в себя различные размеры, формы, материалы. Главное – запомнить то, на что следует обратить внимание при покупке.

Размер

При маленьких габаритах гостиной или спальни подходит компактная модель, а если размеры помещения позволяют – то идеальным вариантом будут удлиненные часы, доходящие почти до потолка (со смотровым кварцевым стеклом).

Стоит учесть, что такая модель – дорогостоящая, но это того стоит – удивительные часы будут радовать своих хозяев десятилетиями своим видом и беспрерывной работой.

Материал

Такой материал, как дерево, – это, безусловно, классика. Для изготовления может использоваться дуб, ясень, орех, клен или красное дерево. Часы из качественного материала внесут в дом уют и наполнят его теплом. Чаще всего деревянную модель используют в гостиной, где требуется подчеркнуть роскошный стиль помещения. Натуральное дерево может быть украшено декоративной резьбой. Изделие с маятником из дерева отлично подходит для стиля барокко, ампир, кантри, рококо.

Деревянная модель может быть не всем по карману. Ничего страшного, есть не менее привлекательные материалы, например, металл. Но у часов с маятником из металла есть некоторые ограничения – они не подходят под классический стиль, больше характерны для других направлений – хай-тек, современный стиль, лофт. Такие модели больше всего подходят молодым людям, предпочитающим блеск и переливы инновационных декораций.

Часы из смеси дерева и металла – это, можно сказать, золотая середина. Обычно в такой модели корпус изготавливается из дерева, а декоративные элементы – металлические. Особенность такой модели в том, что она универсальна, а это значит, что часы подходят практически под любой стиль.

Форма

Большое значение также имеет форма, ведь неправильно подобранная – может испортить, а правильная – украсить внешний вид помещения. Например, для детской спальни отлично подойдут часы с маятником в виде белого домика, совы, цветка или какого-нибудь животного. Они станут прекрасным элементом детской спальни – ребенок научится определять время и приучится к распорядку дня.

Обратите внимание: для детской необходимо выбирать модель с бесшумным механизмом. Особую красоту часам с маятником придают золоченые гири, качающиеся из стороны в сторону.

Чаще всего потребители останавливаются на классическом варианте модели – старинных часах с кукушкой. Эта модель считается самой узнаваемой во всем мире.

Правила размещения, настройка и уход

По возвращении домой с очаровательной покупкой, конечно же, ее сразу хочется использовать – то есть повесить на стену. Наверняка уже даже есть предположение о том, где они будут висеть. Однако от того, где они будут располагаться, зависит, правильное ли время они будут показывать.

Стоит запомнить следующее:

Следующий этап – это настройка конструкции. Сделать это очень просто: нужно выставить стрелку на ближайший час, а минутную – установить на 12-ти. После этого их нужно вращать, дожидаясь того, пока они не покажут правильное время. И заключительный шаг – это качание маятника.

Когда часы настроены, немаловажно узнать о том, как ухаживать за ними. Особых правил нет, главное – обращаться с ними очень трепетно, так как вещь хрупкая. Необходимо плотно закрывать дверцу, так как вся пыль будет собираться в механизме, и потом придется платить мастеру за починку. При желании перевесить часы нужно вытаскивать маятник, а после закрепления их на новом месте произвести процедуру запуска.

Интересный факт: говорят, что часы спешат, когда их хозяева постоянно суетятся и торопятся. Возможно, перестав все время куда-то спешить, работа часов наладится и не будет доставлять неудобства.

О том, почему не идут настенные часы с маятником, смотрите в видео.

На новогодних поздравительных открытках часто помещают изображение часов. Это не удивительно. Ведь момент перехода от старого к новому году фиксируют с помощью прибора для измерения времени - часов.

Более двух веков точными приборами для измерения времени были маятниковые механические часы. Они стали символом своей эпохи. Если в древних мифах мир выглядел как живое существо, то в XVII - XVIII веках его сравнивали с часами, а Бога-творца называли великим часовщиком.

Сегодня механические маятниковые часы стали экзотикой. Проблемы усовершенствование давно перестали быть темами диссертаций или научных конференций. А их история воспринимается как сказка - интересно, поучительно, но очень далеко от современной жизни.

Первые механические часы - башенные - были построены в XIV веке. К XVI века имели только одну стрелку - часовую. Их механизм двигали гири, опускались, а ход регулировался шпиндельным механизмом.

Этот механизм включал коронную шестерню, которая вращалась вокруг горизонтальной оси, вертикально расположенный шпиндель (стержень с двумя лопатками, расположенными примерно под углом 90 °) и присоединен к шпинделя горизонтальный балансир - стержень с размещенными на нем грузами, которые можно было перемещать, чтобы регулировать ход часов . Когда шестерня вращалась, лопатки получали толчки от зубцов, в одну или другую сторону, в результате чего балансир осуществлял колебания, которыми определялся ход часов. Период колебаний зависел от момента инерции системы шпиндель-балансир, силы толчков и трения. Эти факторы трудно стабилизировать. В частности, момент инерции балансира в результате его теплового расширения или сжатия менялся даже в течение суток. Поэтому шпиндельные часы имели низкую точность - не выше полчаса в сутки, и их подводили за солнцем.

Около 1510 нюрнбергский механик П.Хенлейн впервые применил вместо гирь стальную пружину и создал карманный шпиндельный часы, которые были еще менее точным, чем башенный, поскольку его ход существенно зависел от степени заведения пружины.

Новую эру в развитии механических часов положило применения в них маятника. Это осуществили основатели научной механики итальянец Галилео Галилей (1564-1642) и голландец Христиан Гюйгенс (1629-1695).

В 1583 гг. 19-летний Г.Галилей, находясь в Пизанском соборе, заметил, что период колебаний люстры остается неизменным (то есть изохронным), когда амплитуда колебаний уменьшается. Впоследствии он исследовал, что период колебаний маятника пропорционален корню квадратному из его длины и не зависит от его веса. Об этом он сообщил в своей книге "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки" (1638). Можно предположить, что Галилей неоднократно размышлял над тем, как применить маятник для создания точных часов, но к разработке механизма приступил только в возрасте более 70 лет, - уже после того как ослеп. По указаниям Галилея разработку часов продолжили его сын Винченцо и ученик Вивиани, но неизвестно, удалось ли им изготовить часы - остались только чертежи, на основе которых впоследствии изготовили модель часов.

Спусковой механизм часов Галилея состоял из двух скоб, закрепленных на оси маятника, храпового колеса со штифтами и пружины со штифтом, которая в разогнутом состоянии не давала колесу возвращаться. Когда маятник двигался влево, верхняя скоба поднимала пружину, колесо возвращалось и ударяло по нижней скобе. Маятник, получив толчок, двигался вправо, верхняя скоба отпускала пружину, храповое колесо, вернувшись на один зуб, останавливалось. Маятник, сделав одно колебание, возвращался, и цикл начинался сначала.

Независимо от Галилея маятниковые часы изобрел Х. Гюйгенса. В 1657 году он получил на часы патент Нидерландов, а в 1658 издал брошюру "Часы", где описал его конструкцию. В своих часах Гюйгенс использовал шпиндельный механизм, который отличался от известного тем, что коронная шестерня вращалась вокруг вертикальной оси, балансира с грузами не было, а к шпинделя, расположенного горизонтально, присоединялся маятник. Поскольку колебания маятника происходили под действием неизменной силы тяжести, период колебаний был стабилен, что обеспечивало существенное повышение точности часов по сравнению с шпиндельным.

Шпиндельный механизм был менее совершенным, чем механизм, предложенный Галилеем. В частности, он мог работать только в случае применения маятника с большой амплитудой колебаний. Х. Гюйгенса исследовал, что такие колебания не являются изохронными. Можно было бы попытаться разработать новый механизм, который мог бы действовать при малых амплитудах колебаний маятника, но Гюйгенс выбрал путь совершенствования шпиндельного механизма. В результате экспериментальных и теоретических исследований он установил, что изохронным является маятник, который движется по циклоиде, а также получил еще ряд результатов, которые существенно развивали раздел механики - динамику.

Первые часы с циклоидальные маятником по проекту Гюйгенса изготовил мастер С.Костер. Такие часы имел погрешность 5-10 секунд в сутки.

В 1675 Гюйгенс одновременно с Робертом Гуком предложил использовать в качестве регулятора колебаний систему "баланс - спираль", которая состоит из колеса с массивным металлическим ободом, закрепленным на оси, и тонкой пружины, один конец которой крепится к оси баланса, а второй - к неподвижной опоры. Эта система оказалась слишком чувствительной к изменению температуры, так как при изменении температуры менялась не только длина пружины, но и ее упругие свойства.

Невозможность добиться стабильного хода часов с большой амплитудой колебаний маятника, которая необходима для работы шпиндельного механизма, заставила мастеров искать способы использования колебаний с малой амплитудой. Таким средством стал анкерный механизм. В нем зубцы анкера (Anker - немецки означает якорь), который находится на оси маятника, поочередно входят в зацепление с зубцами ходовой шестерни и регулируют ее вращения. Первые часы с анкерным механизмом изготовил в 1671 англичанин Уильям Клемент (1640-1696).

Анкерный механизм усовершенствовал в 1715 англичанин Джордж Грэхем (1673-1751), который изобрел несвободный анкерный механизм, имеющий значительно меньшие потери энергии, чем механизм Клемента. Использовав этот механизм, Грэхем создал часы с точностью хода 0,1 секунды. Механизм Дж.Ґрехема применяли в астрономических обсерваториях до 1890 гг. - Почти 200 лет.

Дж.Ґрехем несколько лет исследовал влияние различных факторов на ход часов и пришел к выводу, что решающую роль играет изменение температуры. Определив коэффициенты температурного расширения различных металлов, Грэхем изобрел ртутный компенсационный маятник. Маятник был наполнен ртутью, которая имеет коэффициент теплового расширения на порядок выше, чем железо. При повышении температуры длина маятника растет. В то же время ртуть поднимается в трубке и компенсирует опускания центра тяжести маятника.

Одновременно с Ґрехемом над проблемой температурной компенсации маятника работал Джон Гаррисон (1693-1776). В 1726 он сконструировал решетчатый маятник с продольных железных и поперечных латунных стержней. При повышении температуры из-за расширения железных стержней длина маятника росла. Но латунные стержни, расширяясь, искажали стальные стержни, компенсируя рост длины маятника.

Дж.Гаррисон создал и первый морской хронометр. На это его вдохновил билль (закон) Английского парламента о премии в 20 тыс. Фунтов стерлингов за способ определения долготы с погрешностью в 0,5 градуса или 30 миль за время плавания в Вест-Индию (Америку) и обратно.

Дж. ГаррисонГаррисон приступил к разработке хронометра в 1726 г.. И завершил разработку первых часов в 1735 Часы приводился в действие двумя ходовыми пружинами. Его ход определялся двумя массивными балансами, которые колебались в противоположных направлениях, за счет чего существенно уменьшался влияние движений корабля на ход часов. Гаррисон также разработал новый спусковой механизм, известный под названием "конек", средство автоматической компенсации действия изменений температуры на балансовые пружины, добился существенного уменьшения трения в механизме. Эти часы испытали в мае 1736 г. Во время плавания в Лиссабон и обратно и получили обнадеживающие результаты.

Второй, усовершенствованный, часы Гаррисон изготовил в 1739 На море его испытывали, поскольку Англия находилась в состоянии войны с Испанией и была опасность, что часы могут попасть в руки врага.

В 1741 г.. Гаррисон начал изготовление своего третьего морского часов, но закончил его только в 1757 году. Здесь для компенсации влияния изменения температуры на упругость спирали и на ход часов было применено биметаллический компенсационный устройство, менял длину пружины при изменении температуры. Эти часы тоже не испытали на море. В 1759 Гаррисон изготовил четвертый морской часы. В нем он применил видоизмененный шпиндельный ход и использовал ряд усовершенствований, разработанных ранее.

С целью проведения испытаний в путешествие с этим хронометром 18 ноября 1761 на Ямайку на корабле "Дептфорд" из Портсмута отправился сын Харрисона Уильям. После 61-дневного путешествия часы отставал примерно на 9 с. В обратный путь корабль отправился 28 января 1762 и прибыл в Портсмут 26 марта 1762 Часы за это время отстал на одну минуту и 5 секунд, что соответствовало погрешности в 18 миль, которая была меньше, чем 30 миль - погрешности допускалась для получения премии в 20 тыс. фунтов стерлингов. Итак, Гаррисон решил проблему, которую поставил Английский парламент, после 36 лет работы!

Однако соответствующие инстанции вважилы результаты неубедительными. Харрисону выплатили только 10 тыс. Фунтов и продолжили испытания. Они были успешными, но вторую половину премии Гаррисон получил незадолго до смерти - только после того, как его часами в 1772-1775 гг. Успешно воспользовался знаменитый Джеймс Кук во время плавания южными морями на корабле "Резольюшен".

Понятно, что история часов не остановилась на хронометрах Гаррисона. Другие мастера совершенствовали механизмы (только анкерных механизмов был изобретен более двухсот!), Разрабатывали новые материалы - с близким к нулю коэффициентом линейного расширения (для маятников) и с минимальным значением Термоеластичная коэффициента (для упругих элементов), создавали новые типы часов, например, наручные .

В XIX в. появились электрические часы, в которых колебаниями маятника руководит электрическая схема, в середине ХХ века - электронные, в основе которых подсчет числа колебаний кварцевого резонатора электронной схеме.

Сегодня механические маятниковые часы по точности не могут конкурировать с электронными как приборы для измерения времени. Но они сохраняют эстетическую ценность, и их история, как часть истории человеческой цивилизации, всегда будет оставаться источником вдохновляющих примеров.

В. Николаенко
По материалам книги:

Пипуныров В.Н. История часов с древнейших времен до наших дней. М .: Наука, 1982

Читайте также: