Как работают маятниковые часы
Гиря, анкер и маятник: как часы научились ошибаться меньше чем на секунду в день
Механические часы — это источник энергии (гиря или пружина), колёса, которые считают, и регулятор, который не даёт колёсам раскрутиться сразу. До XVII века регулятором был «шпиндельный ход с билянцем», и точность часов сильно зависела от силы гири и трения. В 1656 году Христиан Гюйгенс сделал первые часы с маятником: у маятника свой естественный период качания, и ошибка сразу упала до минуты в день, а потом — до 10 секунд. К XVIII веку лучшие маятниковые часы уходили всего на секунду в сутки.
Из чего состоят механические часы
Любые механические часы — это три части:
- Источник энергии — опускающаяся гиря или заведённая пружина.
- Колёса, которые передают вращение на стрелки и, по сути, считают.
- Регулятор со спуском — он отпускает колёса порциями, не давая гире упасть сразу.
Точность часов зависит именно от регулятора.
Шпиндельный ход
Первые большие механические часы появились на башнях итальянских городов в первой половине XIV века. Регулятором у них был шпиндельный спуск с билянцем — качающимся коромыслом. Изъян в том, что период его качаний сильно зависел от силы гири и трения в механизме. Тем не менее такие часы продержались больше 300 лет[1].
Маятник
Галилео Галилей изучал качания маятника ещё в 1582 году и даже набросал проект маятниковых часов, но умер в 1642 году, не построив их.
Первые маятниковые часы сделал голландский учёный Христиан Гюйгенс в 1656 году. Главное в маятнике — его собственный, «естественный» период качания, который почти не зависит от силы толчка.
| Часы | Ошибка в сутки |
|---|---|
| первые часы Гюйгенса | меньше 1 минуты — такой точности прежде не было |
| усовершенствованные часы Гюйгенса | меньше 10 секунд |
| часы Грэма с температурной компенсацией (1721) | около 1 секунды |
| часы Рифлера (1889) | около 0,01 секунды |
Анкер и температура
- В 1671 году лондонский мастер Уильям Клемент начал делать часы с анкерным (возвратным) спуском.
- Металлический стержень маятника удлиняется в жару — и часы отстают. В 1721 году Джордж Грэм придумал, как компенсировать это, и довёл точность до секунды в сутки.
В 1921 году показали часы Шорта с двумя маятниками. «Рабочий» маятник крутил механизм, а «главный» качался почти свободно, лишь получая мягкие толчки. Освобождённый от работы маятник стал ещё точнее.
Карманные часы и пружина
Маятник не годится для карманных часов. Около 1675 года Гюйгенс создал баланс со спиральной пружиной — колесо, качающееся туда-обратно. Карманные часы XVII века с таким регулятором ошибались примерно на 10 минут в день. Дальше эстафету приняли кварцевые и атомные часы.
Соберите пазл «Сборка наручных часов» в нашей игре Пазлум.
Частые вопросы
Почему маятник точнее?
У маятника есть собственный, «естественный» период качания, который почти не зависит от того, с какой силой его толкают. У прежнего регулятора — билянца — период сильно зависел от силы гири и трения.
Почему часы отстают в жару?
Металлический стержень маятника от тепла удлиняется, и маятник качается медленнее. В 1721 году Джордж Грэм придумал, как компенсировать это, — точность выросла до секунды в сутки.
Кто изобрёл маятниковые часы — Галилей или Гюйгенс?
Галилей изучал маятник с 1582 года и набросал проект часов, но умер в 1642 году, так и не построив их. Первые работающие маятниковые часы сделал Гюйгенс в 1656 году.
Источники
- NIST. A Walk Through Time — A Revolution in Timekeeping, nist.gov. www.nist.gov
Обсуждение
Комментариев пока нет — начните обсуждение первым.
Чтобы написать комментарий или ответить, войдите на сайт: