Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Помните механические часы? Те, которые нужно заводить регулярно. Сегодня таких довольно мало, а остались они преимущественно у ценителей. Пользоваться ими можно практически вечно, если не забывать заводить и если механизм не подведет. А ещё можно много интересного узнать про физику движения по окружности и про циклические процессы. Вы ведь поняли, что мы с вами сейчас будем не внешний вид обсуждать.
Главная проблема механических часов — механизмы не являются точными. Чем лучше часы, тем они точнее, но сама физика не позволит даже лучшей из моделей сохранять высокую точность. Отслеживание времени варьируется из-за многих факторов. С такими штуками всю историю боролись.
Одно из первых, что приходит на ум — это тепловое расширение металлов. Если вы когда-нибудь смотрели внимательно на рельсы, вы замечали, что отдельные элементы пути на шпале не идеально примыкают друг к другу, а между ними имеется зазор в несколько сантиметров.
Это пространство служит для компенсации расширения рельсов, которое в жаркий солнечный день может достигать нескольких сантиметров. Есть и менее приятные фотографии, где запечатлен так называемый выброс рельс. Или выброс пути. Вот так оно будет, если не учесть или учесть неправильно термическое расширение.
Механизмы часов тоже реагируют на тепловое расширение. Такой элемент, как балансовое колесо, точно настроен для работы с определенной частотой колебаний в зависимости от его веса и размеров. Если это изменится, то его характеристики изменятся. Джон Харрисон изучал это явление ещё в середине 1700-х годов и придумал хорошее решение — изготовление балансировочных колес с биметаллической полосой.
Но есть еще одна серьезная проблема, влияющая на точность механизма. Зависимость хода от расположения в пространстве. На эффективность тут влияет, как минимум, притяжение Земли. Гравитация в одном случае будет помогать, а в другом мешать ходу часов. Есть ещё и взаимное расположение деталей, которое в одном случае будет подгонять, а в другом стопорить. Впрочем, тут тоже виновата гравитация. Следствие такого эффекта тоже не очень приятно — имеет место неравномерный износ механизма. Вместе с ним и точность падает окончательно.
Рассчитать всё это и учесть не просто. Сегодня такую проблему может решить компьютер, опираясь на качественную мат.модель. Но на заре развития технологий сделать это было почти невозможно. Однако, даже если бы и получилось всё правильно пересчитать, не ясно было как это учесть в работе механизма.
В наручных часах этот эффект менее ощутим, поскольку в течение дня часы будут принимать совершенно разные положения и износ будет так или иначе относительно равномерен. Зато в карманных часах этот эффект будет очень заметен. Карманные часы в основном использовались в двух положениях: в вертикальном, когда их носили в кармане жилета, или в горизонтальном положении, когда их оставляли на поверхности, например на столе.
Впрочем, даже без характерного износа мы можем наблюдать интересные явления. Предположим, что нижняя часть механизма идеально смазана, а верхняя нет. Если вы положите часы на заднюю панель, то их работа будет идеальной. Если разместить их на верхней грани, износ будет больше, потому, что естественные силы будут тянуть колесо в сторону несмазанной поверхности.
Решение проблемы придумал Абрахамом Луи Бреге в 1800 году. Он предположил, что хорошо бы сделать что-то типа гироскопа, который позволит компенсировать гравитационные воздействия.
Регулировка часов зависит главным образом от работы балансового колеса, которое колеблется вперед и назад с определенной скоростью, с учетом амплитуды его биений — тактом считается полное выдвижение колеса, идущее от одной стороны к другой. и наоборот.
Если по какой-то причине передаваемая мощность меньше, оно будет двигаться быстрее, потому что балансовое колесо не выйдет на расчётные параметры вращения
Бреге подумал, что, если бы он смог заставить систему спуска и баланса вращаться саму по себе, он мог бы и компенсировать влияние позиционных ошибок. Балансовое колесо будет вращаться вокруг своей центральной оси один раз в минуту и, таким образом, произойдёт автоматическая компенсация ошибок позиционирования. Он предложил довольно сложную конструкцию, которую назвал турбийон.
Турбийон — это устройство, состоящее из баланса, анкерных вилок и колеса. Оно представляет собой конструкцию, вращающуюся вокруг своей оси. Частота оборотов составляет один оборот в шестьдесят секунд. Колесо баланса и механизм спуска позволяют прямо в динамике менять положение центра тяжести относительно гравитации.
Но ошибки происходили не только из-за ошибок позиционирования балансового колеса, но и по многим другим причинам. В основном из-за теплового расширения.
Характеристики часов снова значительно улучшились с изобретением инваров в 1895 году швейцарским физиком Шарлем Эдуардом Гийомом. Новый сплав был чрезвычайно стабильным и практически не менял линейные характеристики под воздействием температуры.
Один только Инвар сделал часы гораздо более точными, чем разработки Бреге, поскольку тепловое расширение вредило часам больше гравитации. В конце 1800-х годов от систем на основе турбийона почти отказались из-за их стоимости и малой эффективности, но спустя 60 лет к ним снова вернулись. Но уже как к декоративному элементу.
Поделись видео: