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:
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.
|