Top.Mail.Ru
Яндекс.Метрика

Время и развитие часов с гирями и пружинами

Время и развитие часов с гирями и пружинами

         Содержание

     Развитие часов

     Колебания «фолио»

     Вертикальный маятник

     Эра научного отсчета времени

     Спиральная пружина

 

     В 1340 году Пьер де Шалю подарил монастырю в Клюни автоматические часы со звоном. Первые часы Страсбургского собора датируются 1352 годом, Флорентийского 1354 годом.

Развитие часов

     У Карла V их было множество. Но, как сообщает Христиан де Пизан, он больше доверял проградуированной свече в своей часовне.

     Карл V приказал соорудить (как сообщает о том Фруассар в своей «Хронике» в одной из башен Луврского дворца большие часы, звон которых был слышен всем парижанам. Это было творение немецкого ремесленника Генриха де Ви (или фон Виека), потратившего на их создание восемь лет!

     Восстановленные в 1848 году Лепотом, эти часы до сих пор украшают часовую башню Дворца правосудия в Париже.

     Образцы первых примитивных часов, которые так хотелось бы увидеть, исчезли. Наиболее древними из существующих французских часов являются, без сомнения, Руанские часы (1389 год). Часы собора и Солсбери (Англия) старше их на 3 года.

Механизм часов с гирями, миниатюра XV века

Механизм часов с гирями, миниатюра XV века
Механизм часов с гирями, миниатюра XV века

     Сохранились отдельные части астрономических часов собора в Бурже. Они были созданы Жаном Фюзери каноником собора Парижской Богоматери.

Солнечные часы Шартрского собора (XIII век)

Время и развитие часов с гирями и пружинами
Время и развитие часов с гирями и пружинами

     С ним произошло досадное происшествие. В 1415 году, в разгар Столетней войны, Фюзери давал астрологическую консультацию королю Англии в то самое время, когда последний готовился к отплытию во Францию. Это послужило основанием для преследования и осуждения Фюзери за сношение с врагом.

     В XV веке появляются первые комнатные часы, которые вешали на степу или ставили на подставку. Это были не часы с маятником, так как последний не был еще изобретен, а просто разновидность башенных часов.

     В XVI веке центр производства часов переносится из Италии в Германию, в Нюрнберг.

     XVI век приносит еще одно важное новшество: груз заменяется пружиной, что позволяет уменьшить размеры часов и облегчить их завод.

Механизм часов, показывающих не только часы и минуты, но также фазы Луны и другие астрономические явления (Германия, около 1600 года).

Время и развитие часов с гирями и пружинами
Время и развитие часов с гирями и пружинами

     В 1523 году Франсуа I владел двумя часами без гирь, стоявшими в его комнате. Было положено начало постеленному уменьшению размера часов, приведшее к появлению наручных часов.

Колебания «фолио»

     Прежде чем приветствовать появление часов с регулирующим маятником, следует отдать должное его скромному средневековому предшественнику «фолио».

     Хотя это еще не было окончательным решением проблемы, но свидетельствовало уже о ясном ее понимании. Приспособленные к более древним часам с грузом, «фолио» состояли из горизонтального балансира, который отклонялся то вправо, то влево.

     Поскольку колебания «фолио» не были ритмичны, рассматривать его как настоящий регулятор было бы преувеличением; он скорее играл роль замедлителя движения груза.

Часовая мастерская XVI века

Время и развитие часов с гирями и пружинами
Время и развитие часов с гирями и пружинами

Вертикальный маятник

     Тем не менее весьма возможно, что это пробудило у какого-то механика идею прибегнуть для измерения времени к вертикальному маятнику. Такое предложение было совершенно определенно высказано Леонардо да Винчи до Галилея и Гюйгенса.

     По преданию, наблюдая колебания люстры под сводами Пизанского собора, Галилей в 1583 году открыл изохронность, то есть равномерность колебаний маятника.

     Он проверил это явление, сравнивая его с частотой естественного регулятора, которым служил его пульс. Частота эта была приблизительной, но достаточно регулярной, чтобы руководствоваться ею в первых опытах.

     Изохронность колебаний маятника данной длины означает, что при отклонении маятника от положения равновесия время одного полного колебания не зависит от первоначального отклонения; маятник проходит меньшую дугу окружности за то же время, что и большую.

     Этот постоянный промежуток времени, зависящий лишь от свойств данного маятника, называется «периодом».

     Как заметили и аббат Мерсенн и Гюйгенс, это равенство периодов качания маятников применимо только к небольшим колебаниям.

     Однако, и это главное, приблизительная изохронность небольших колебаний маятника достаточна, чтобы применить его для более точного, чем прежде, регулирования часов.

     Галилей пришел к этой идее в 1641 году, почти через 60 лет после открытия в Пизе, за год до смерти! На основе высказанного Галилеем принципа его сын сконструировал прибор. Это были, несомненно, первые в истории измерения времени часы с вертикальным маятником.

     К несчастью, этот механизм пропал. Однако остался чертеж, по которому Бокийон в XIX веке воссоздал часы, вероятно, весьма схожие с часами Галилея.

     Наконец, появился Гюйгенс. Как и Галилей, этот необыкновенный человек принадлежит к плеяде ученых энциклопедистов, способных заставить бить источник из любой почвы, лишь бы к ней прикоснулась волшебная палочка их гения.

     Но, быть может, он превысил многих из тех, кто внес вклад в историю измерения времени. Серией знаменательных теоретических открытий, которые как бы без особых усилий преобразовываются в практические изобретения.

Символ производства часов, гравюра XVIII века

Время и развитие часов с гирями и пружинами
Время и развитие часов с гирями и пружинами

Эра научного отсчета времени

     Гюйгенс положил конец примитивному часовому производству и открыл эру научного отсчета времени. Существо его работ состоит в глубоком анализе механических колебаний, поисков и получения предельной изохронности. Открытие циклоидального маятника и изобретение спиральной пружины увенчали усилия Гюйгенса.

     Возобновив изучение маятника, каким его оставил Галилей и его школа, Гюйгенс показал, что колебания с большой амплитудой вовсе не изохронны, а колебания с малой амплитудой являются таковыми лишь весьма приблизительно.

     Изохронность теоретически и строго является подлинной лишь для маятника, который описывает циклоиду, а не следует по круговой орбите.

     Циклоида кривая, с которой мы встречаемся в повседневной жизни, не осознавая этого, поскольку такую форму имеют в основном непосредственно незаметные траектории, а из обыденных предметов пожалуй, только некоторые арки мостов.

     Таков путь, пробегаемый точкой на окружности колеса, когда это колесо движется, вращаясь без скольжения по прямолинейному отрезку пути.

     Вообразим себе, например, велосипедное колесо у которого вентиль для накачивания воздуха находится вблизи земли в момент, когда колесо совершит полный оборот, вентиль, описав в воздухе кривую, снова окажется вблизи земли.

     Несмотря на некоторое сходство с дугой окружности, которой она и была обязана своим первоначальным наименованием, эта траектория в действительности является дугой циклоиды, обладающей замечательными свойствами. Ее называют «Прекрасной Еленой геометрии». Но эта Елена может пленить лишь разум.

     Естественно, циклоидальный маятник нельзя создать подобно обычному, подвесив на нитке или стержне свободно колеблющийся груз.

     Действительно, различные «радиусы» циклоиды не равны: длина стержня или нити должна меняться. Можно, например, представить себе шарик, катящийся по циклоидальному желобу, расположенному в вертикальной плоскости. Однако из-за трения шарика при движении здесь не получится маятника. Именно Гюйгенсу мы обязаны математическим и практическим решением этой проблемы.

     Груз подвешен к нити, но последняя не может свободно колебаться. Она окружена двумя циклоидами и касается их в большей или меньшей степени, в зависимости от того, насколько она удалена от вертикали.

Время и развитие часов с гирями и пружинами
Время и развитие часов с гирями и пружинами

     Путь, проходимый грузом, также имеет форму циклоиды, и желаемый эффект может быть получен без трения. Математики обобщают это маленькое чудо, говоря, что эвольвента циклоиды (развертка ее) является также циклоидой.

     Первые часы Гюйгенса с циклоидальным маятником датируются декабрем 1656 года. Они были представлены изобретателем Генеральным штатам Голландии. Почти в то же время, 16 июня 1657 года, Гюйгенс прочел свой знаменитый «Мемуар о часах с маятником».

Спиральная пружина

     Циклоидальный маятник Гюйгенса разрешал проблему изохронности для стоячих часов больших размеров. Оставалось еще найти решение данной проблемы для различного вида небольших часов и карманных часов. И это тоже заслуга Гюйгенса.

     В 1675 году он изобрел спиральную регулирующую пружину, пульсации которой изохронны, а небольшие размеры позволяют заменить маятники башенных часов. Появились современные часы.

     Маленькое сравнение лучше всяких эпитетов покажет, каково значение трудов Гюйгенса в области измерения времени. До него лучшие наручные и башенные часы спешили или опаздывали в среднем не менее чем на час в сутки.

     После него неточность снизилась до нескольких минут, а потом и секунд в сутки. Знать и богатые буржуа не должны были больше каждый день переводить часы на час назад, сверяя их с солнечными, как это делали их отцы. Царство солнечных и водяных часов кончилось.

                                                   Франсуа ле Лионнэ пер. Н. Маньковская

Видео: Загадка часы и сейф

Как работают часы и история развития часов

 

You May Also Like