История часов. Часть вторая. Механические и кварцевые часы
Механические часы
Первые механические часы начали появляться в 12 веке. Это были громоздкие устройства, которые, как правило, устанавливались на городских и церковных башнях. В качестве механизма в них использовались грузы на цепях. Цепь приводила в движение колесную передачу, регулируемую шпиндельным ходом и балансиром фолио, имеющим форму коромысла весов с передвижными гирями на обоих плечах этого коромысла. Период колебания регулятора фолио зависел от вращающего момента, приложенного к ходовому колесу, и был непостоянен, а сами часы — очень неточными. Однако несмотря на это, в каждом крупном европейском городе были установлены башенные часы — и длина суток, часов и минут по всей Европе, наконец, стала одинаковой: 12 часов день и 12 часов ночь. В 15 веке начали появляться устройства, приводимые в движение пружинным ходом. Это позволило значительно уменьшить размеры устройства — часы начали появляться в домах знати и богатых горожан. К концу 16 века появились и карманные часы. Однако все эти устройства были основаны на устаревшем механизме и отличались невысокой точностью — даже самые совершенные модели могли отставать на 15 минут за день.
Настоящий бум механических часов начался лишь после 1656 года, когда голландским ученым Кристианом Гюйгенсом был изобретены маятниковые часы. Еще в 583 году Галилео Галилей открыл, что полное качание маятника всегда происходит за одно и тоже время, а в конце жизни создал прототип маятниковых часов. Маятниковые часы начали быстро распространяться, в первую очередь за счет замены балансира фолио маятником в уже имеющихся часах. Привычные для нас маятниковые часы появлялись к середине 18 века благодаря работам британского ученого Джорджа Грэхэма, усовершенствовавшего механизм анкерного хода (механизм, регулирующий движение ходового колеса) и изобретшего компенсирующий маятник (который устраняет замедление хода часов в связи с температурным расширением материала маятника). К 1930 году самые точные маятниковые часы имели отклонение в 1 секунду в год.
В 1674 г. по проекту Гюйгенса парижским часовщиком Тюре были изготовлены переносные часы с балансом-спиралью с собственным периодом колебания. Примерно в 1657 году Робер Гук сделал для короля Карла II первые часы с регулирующей пружиной. В настоящее время считается, что Роберт Гук раньше Гюйгенса применил систему баланс — спираль в качестве регулятора хода часов. Однако именно модель Гюйгенса стала исходной для дальнейшего развития и усовершенствования конструкции часов.
Основная схема устройства карманных часов не претерпела существенных изменений: пружинный двигатель, колесная передача, спусковой механизм (ход), регулятор, стрелочный механизм продолжали применяться по их прямому назначению. Заводная пружина приводит механизм часов в действие. Передаточный механизм служит для передачи энергии системе колес и регулятору, поддерживая его колебания. Зубчики спускового механизма захватывают выступы (паллеты) рычага, качающегося взад-вперед. Другой конец рычага касается балансировочного колеса. Каждый раз, когда баланс покачивается, рычаг поднимается и спусковой механизм передвигается на один зубец. Следующий зубец давит на рычаг, и тот в свою очередь передает импульс балансу.
В самом начале 17 века в карманных часах начали применяться опоры из драгоценного камня — рубина. Их изобретателями считаются Николай Фацио, Пьер и Яковом Дефобры. Применение паллет, импульсных камней, опор для цапф и осей из искусственного рубина уменьшает потери на трение и износ деталей. Каменные опоры длительное время удерживают смазку, что также способствует стабильной работе механизма. Число драгоценных камней в часах увеличивалось с падением цены на них. Единственные детали, которые действительно требуют применения камней это передаточный механизм — поскольку только он находится под постоянной нагрузкой. Всего часам требуется семнадцать камней, чтобы охватить все механизмы. В качественных часах камни добавляются к рычагу и спусковому механизму, увеличивая число до двадцати одного. Иногда также используются камни в пружинном механизме — итого двадцать три. Механизм самовзвода, появившийся в 1950-ых требует еще от двух до четырех камней. Впрочем, в морских хронометрах чаще всего используется только 7 камней, однако они считаются самыми точными моделями механических часов. В 60—70-ых годах прошлого века маркетологи стали использовать число камней для рекламы: так появились модели с 41, 53, 75или 100 камнями. Большая часть дополнительных камней не несла на самом деле никакой полезной функции. В 1974 году подобная практика была запрещена стандартами индустрии.
Наконец в 1795 году швейцарским часовщиком Авраамом Брегетом был изобретен самый сложный механизм часов — турбийон. Турбийон призван устранить влияние гравитации, помещая спусковой механизм и баланс во вращающуюся вокруг минутной шестеренки клетку. Далеко неочевидно, что турбийон действительно повышал точность хода двести лет назад, а в настоящий момент он просто бесполезен, однако его наличие является признаком эксклюзивности и дороговизны часов — в таких моделях турбийон можно видеть через прозрачное окошко.
Кварцевые часы
Если кристалл кварца механически деформировать, то он поляризуется. Верно и обратное, если к кристаллу подвести электрический ток, то кристалл начнет колебаться. Частота колебаний будет зависеть от формы и размера кристалла, а также позиции электродов. Это свойство — изменение формы под током — называется пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект присущ многим материалам, но кварц имеет преимущество — его размер не меняется с изменением температуры.
Пьезоэлектрический эффект впервые обнаружил и изучил в 1880 г. Пьер Кюри вместе со своим братом Жаком. В 1881 году немецкий ученый Липпман, ознакомившись с работами Кюри, предположил существование обратного пьезоэлектрического эффекта, то есть механической деформации кристалла кварца, пропорциональной напряженности электрического поля. В том же году братья Кюри экспериментально подтвердили существование такого эффекта.
Исследовательские работы по использованию кварца в технике в качестве эталона частоты и времени были начаты в 1921 году американским инженером Уолтером Кэди, однако лишь в 1927—1930-ых годах Уоррену Маррисону — сотруднику телефонной лаборатории Белла (США)- первому удалось применить высокочастотные колебания кварца для создания часов. Кристаллическое кольцо было установлено в герметичной камере с управляемой температурой, ее колебания допускались только в пределах 0 ,01° С. Следующие три десятилетия кварцевые часы стали стандартом для точного измерения времени в лабораторных условиях, однако их большие размеры и применение вакуумных ламп ограничивало их использование. Широкое распространение кварцевых часов началось только с появлением дешевых полупроводников.
В 1969 году японской компанией Seiko были представлены первые кварцевые наручные часы. Астрон. К 1980-ым годам кварцевые часы окончательно вытеснили механические из практического использования, превратив их в статусный аксессуар.
В современных кварцевых часах используется кристаллический резонатор в форме камертона, колеблющийся на частоте 32,768 герц. Резонатор и источник питания соединены транзисторной схемой с счетчиком — делителем частоты. На выходе делителя получается ток со стабильной частотой, который питает электродвигатель (перемещающий стрелки) или жидкокристаллический дисплей. Существуют и часы, где в качестве источника питания используется аккумулятор, подзаряжаемый за счет вибрации и движения часов — по аналогу с механизмов самовзвода.
Большая часть дешевых бытовых цифровых часов (и часов в различных устройствах) не являются кварцевыми. Они основаны на принципе подсчёта периодов частоты электрической сети. И хотя во многих странах существуют очень жесткие требования к стабильности частоты, но все же при колебании нагрузки частота сети может изменяться, и точность таких часов является относительно низкой.
Самые большие корабли
Поющие фонтаны
Лучшие бизнес-школы
Случайная статья
