Изобретение маятника. Изобретение маятника Кто предложил использовать маятник часах
Сначала они были солнечными и водными, после стали огненными и песочными и, наконец, предстали в механическом виде. Но, каковы бы ни были их интерпретации, они всегда оставались тем, чем являются сегодня – источниками времени.
Сегодня наш рассказ о механизме, который будучи изобретенным еще в древности, и в наши дни остается верным помощником человека – часах .
Капля за каплей
Первый простейший прибор для измерения времени - солнечные часы - был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет назад. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но поскольку «работали» такие часы только днем, то ночью им на замену приходила клепсидра - так греки называли водяные часы.
А изобрел водяные часы около 150 г. до н.э. древнегреческий механик-изобретатель Ктесибий из Александрии. Металлический или глиняный, а позже - стеклянный сосуд наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час. Кстати, первый будильник на земле тоже был водяным, являясь одновременно школьным звонком. Его изобретателем считают древнегреческого философа Платона. Прибор служил для созыва учеников на занятия и состоял из двух сосудов. В верхний наливали воду, и оттуда она понемногу выливалась в нижний, вытесняя из него воздух. Воздух по трубочке устремлялся к флейте, и она начинала звучать.
Не менее распространенными в Европе и Китае были так называемые «огневые» часы. Первые «огневые» часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище.
Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве часового механизма. На основе 
установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Время в таких часах определялось по мере сгорания масла в колбе.
Первые песочные часы появились сравнительно недавно - всего тысячу лет назад. И хотя разного рода сыпучие индикаторы времени были известны давно, только должное развитие стеклодувного мастерства позволило создать относительно точный прибор. Но при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, обычно не более получаса. Таким образом, самые лучшие часы того периода могли обеспечить точность измерений времени ± 15-20 минут в сутки.
Без минут
Время и место появления первых механических часов доподлинно неизвестно. Впрочем, некоторые предположения на этот счет все же существуют. Самыми старыми, хотя и документально не подтвержденными сообщениями о них, считают упоминания, относящиеся к X веку. Изобретение механических часов приписывают Римскому Папе Сильвестру II (950 - 1003 гг. н.э.). Известно, что Герберт всю жизнь очень интересовался часами и в 996 году собрал первые в истории башенные часы для города Магдебурга. Так как эти часы не сохранились, по сей день остается открытым вопрос: какой принцип действия они имели.
Зато подлинно известен нижеприведенный факт. В любых часах должно быть что-то, что задает некий постоянный минимальный интервал времени, определяя темп отсчитываемых мгновений. Один из первых таких механизмов с билянцем (качающимся туда-сюда коромыслом) был предложен где-то около 1300 года. Важным его достоинством была легкость регулировки скорости хода путем перемещения грузиков на вращающемся коромысле. На циферблатах того периода была только одна стрелка - часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово «clock» - «часы» произошло от латинского «clocca» - «колокол»). Постепенно почти все города и церкви обзавелись часами, равномерно отсчитывающими время и днем, и ночью. Поверяли их, естественно, по Солнцу, подводя в соответствии с его ходом.
К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше - так что эпоха Великих географических открытий прошла под звуки мерно пересыпающегося песка корабельных склянок, хотя больше всего в точных и надежных часах нуждались именно мореплаватели.
Зуб за зубом
В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. И это стало следующей вехой в часовом деле. В его механизме маятник проходил между зубьями вилки, которая позволяла специальному зубчатому колесу проворачиваться ровно на один зуб за полкачания. Точность часов возросла многократно, но перевозить такие часы все равно было невозможно.
В 1670 году произошло кардинальное усовершенствование спускового механизма механических часов - был изобретен так называемый анкерный спуск, позволивший применить длинные секундные маятники. После тщательной настройки, в соответствии с широтой месторасположения и температурой в помещении, такие часы имели неточность хода всего несколько секунд в неделю.
Первые морские часы были изготовлены в 1735 году йоркширским столяром Джоном Харрисоном. Их точность составляла ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. Однако, оставшись недовольным своим первым хронометром, изобретатель трудился еще почти три десятка лет, прежде чем в 1761-м начались полномасштабные испытания усовершенствованной модели, которая уходила меньше чем на секунду в сутки. Первая часть награды была получена Харрисоном в 1764 году, после третьего длительного морского испытания и не менее длительных канцелярских мытарств.
Полностью вознаграждение изобретатель получил только в 1773 году. Испытывал часы небезызвестный нам капитан Джеймс Кук, который остался очень доволен этим необыкновенным изобретением. В судовом журнале он даже воздал хвалу детищу Харрисона: «Верному другу - часам, нашему проводнику, который никогда не подводит».
Тем временем механические маятниковые часы становятся предметом домашнего обихода. Первоначально изготовлялись только настенные и настольные часы, позже стали делать напольные. Вскоре после изобретения плоской пружины, заменившей маятник, мастер Питер Хенлейн из немецкого города Нюрнберга изготовил первые носимые часы. Их корпус, имевший только одну часовую стрелку, был выполнен из позолоченной латуни и имел форму яйца. Первые «Нюрнбергские яйца» были диаметром 100-125 мм, толщиной 75 мм и носили их в руке или на шее. Значительно позже циферблат карманных часов был накрыт стеклом. Подход к их оформлению стал более изощренным. Корпуса стали изготавливать в виде животных и других реальных объектов, а для украшения циферблата применяли эмаль.
В 60-х годах XVIII века швейцарец Абрахам Луи Бреге продолжает исследования в области носимых часов. Он делает их более компактными и в 1775 году открывает в Париже собственный часовой магазин. Однако «брегеты» (как прозвали эти часы французы) были по карману только очень богатым людям, простой же люд довольствовался стационарными приборами. Шло время и Бреге задумался над совершенствованием своих часов. В 1790 г. он изготавливает первые противоударные часы, а в 1783 в свет выходят его первые многофункциональные часы - «Королева Мария Антуанетта». Часы имели автоподзавод, минутный репетир, вечный календарь, независимый секундомер, «уравнение времени», термометр и индикатор запаса хода. Задняя крышка, выполненная из горного хрусталя, давала возможность увидеть работу механизма. Но неуемный изобретатель не остановился на этом. И в 1799 изготовил часы «Tact», получившие известность как «часы для слепых». Их владелец мог узнавать время, прикоснувшись к открытому циферблату, при этом ход часов от этого не сбивался.
Гальваника против механики
Но изобретения Бреге все еще были по карману только элитным слоям общества, решать же проблему массового производства часов пришлось другим изобретателям. В начале XIX столетия, совпавшем с бурным развитием технического прогресса, с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись новым изобретением ученых - так называемыми «возимыми» часами, принцип работы которых был схож с механизмом «брегетов». С появлением железных дорог такие часы получили в свое распоряжение и кондукторы.
Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем насущнее становилась проблема обеспечения единства отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации «возимые» часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество, в те времена называемое гальванизмом. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях - сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель лег на дно Ла-Манша, в 1860-м - Средиземного моря, а в 1865-м - Атлантического океана.
Сконструировал первые электрические часы англичанин Александр Бэйн. К 1847 году он завершил работу над этими часами, сердцем которых был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Кстати, наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Из наблюдения за ходом трех часов Шортта, изготовленных в 1924, 1926 и 1927 годах в Гринвичской обсерватории, определили их среднесуточную погрешность - 1 секунда в год. Точность часов со свободным маятником Шортта позволила обнаружить изменения продолжительности суток. И в 1931 году начался пересмотр абсолютной единицы времени - звездного времени, с учетом движения земной оси. Эта ошибка, которой до того пренебрегали, достигала в своем максимуме 0,003 секунды в сутки. Новая единица времени была позднее названа Средним звездным временем. Точность часов Шортта была непревзойденной, вплоть до появления кварцевых часов.
Время кварца
В 1937-м появились первые кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном. Да, да, те самые, которые сегодня мы носим на руках, которые висят сегодня на стенах наших квартир. Изобретение было установлено в Гринвичской обсерватории, точность этих часов составляла около 2 мс/ сутки. Во второй половине ХХ века пришла пора часов электронных. В них место электрического контакта занял транзистор, а в роли маятника выступил кварцевый резонатор. Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время нашей жизни.
Итак, век песочных и солнечных часов канул в лету. И изобретатели не уставали баловать человечество высокотехнологичными новинками. Прошло время, и были построены первые атомные часы. Казалось бы, век их механических и электронных братьев тоже подошел к концу. А нет! Наибольшую точность и удобство в эксплуатации доказали именно эти два варианта часов. И именно они одержали победу над всеми их прародителями.
Наука 2.0 НЕпростые вещи.Часы
13/05/2002
Более трехсот лет длилась эволюция маятниковых часов. Тысячи изобретений на пути к совершенству. Но в исторической памяти надолго останутся лишь те, кто поставил первую и последнюю точку в этой великой эпопее
Более трехсот лет длилась эволюция маятниковых часов. Тысячи изобретений на пути к совершенству. Но в исторической памяти надолго останутся лишь те, кто поставил первую и последнюю точку в этой великой эпопее.
Часы из телевизора
Перед любыми программами новостей на телевидении мы видим часы, секундная стрелка которых с большим достоинством отсчитывает последние мгновения до начала передачи. Этот циферблат - видимая часть айсберга под названием АЧФ-3, астрономические часы Федченко. Не каждый прибор носит имя конструктора, не обо всех изобретениях сообщают в энциклопедиях.
Часы Феодосия Михайловича Федченко удостоены такой чести. В любой другой стране об изобретателе подобного уровня знал бы каждый школьник. А у нас уже 11 лет назад тихо и скромно ушел из жизни выдающийся конструктор и никто о нем даже вспоминает. Почему? Наверное, в свое время был упрям, не умел льстить и лицемерить, что так не нравилось чиновникам от науки.
Помогла изобрести Федченко знаменитые часы случайность. Одна из тех загадочных случайностей, которая так украшает историю науки.
Две первые точки в истории маятниковых часов поставили два великих ученых - Галилео Галилей и Христиан Гюйгенс независимо друг от друга, создавшие часы с маятником, причем открытие законов колебания маятника пришло к Галилею тоже случайно. Кому-то на голову упадет кирпич -и ничего, даже сотрясения мозга не произойдет, а другому достаточно простого яблока, чтобы разбудить дремавшую в подсознании мысль для открытия закона всемирного тяготения. Великие случайности происходят, как правило, с великими личностями.
В 1583 году в Пизанском соборе любознательный юноша по имени Галилео Галилей не столько слушал проповедь, сколько любовался движением люстр. Наблюдения за светильниками показались ему интересными и, вернувшись домой, девятнадцатилетний Галилей изготовил опытную установку для исследования колебаний маятников - свинцовых шариков, укрепленных на тонких нитях. Собственный пульс служил ему хорошим секундомером.
Так, экспериментальным путем, Галилео Галилей открыл законы колебания маятника, которые сегодня изучают в каждой школе. Но Галилей в то время был слишком молод, чтобы думать о внедрении в жизнь своего изобретения. Вокруг столько интересного, надо спешить. И только в конце жизни, старый, больной и слепой старик, вспомнил о своих юношеских опытах. И его осенило - приставить к маятнику счетчик колебаний, - и получатся точные часы! Но силы Галилея были уже не те, ученый смог сделать только чертеж часов, завершил же работу его сын Винченцо, который вскоре умер и широкой огласки создание маятниковых часов Галилеем не получило.
Впоследствии Христиану Гюйгенсу всю жизнь необходимо было доказывать, что именно ему принадлежит честь создания первых маятниковых часов. По этому поводу в 1673 году он писал:
"Некоторые утверждают, что Галилей пытался сделать это изобретение, но не довел дело до конца; эти лица скорее уменьшают славу Галилея, чем мою, так как выходит, что я с большим успехом, чем он, выполнил ту же задачу".
Не так уж важно кто из этих двух великих ученых "первее" в деле создания часов с маятником. Гораздо значительнее то, что Христиан Гюйгенс не просто изготовил очередной тип часов, он создал науку хронометрию. С этого времени в деле конструирования часов был наведен порядок. "Лошадь" (практика) уже не бежала впереди "паровоза" (теории). Идеи Гюйгенса воплощал в жизнь парижский часовой мастер Исаак Тюре. Так увидели свет часы с различными конструкциями маятников, изобретенных Гюйгенсом.
Начало "карьеры" учителя физики
Феодосии Михайлович Федченко, родившийся в 1911 году ничего не знал о страстях по маятнику трехсотлетней давности. Да и вообще о часах он не думал. Его "карьера" началась в бедной сельской школе. Простой учитель физики вынужден был стать невольным изобретателем. Как же иначе, не имея должного оборудования, объяснить любознательным детишкам основополагающие законы природы.
Талантливый педагог конструировал сложные демонстрационные установки и, вероятно, его уроки школьники не пропускали. Война внесла коррективу в судьбу молодого изобретателя, Федченко стал незаурядным механиком танковых приборов. И вот первый звоночек судьбы - после окончания войны Феодосию Михайловичу предложили работу в Харьковском институте мер и измерительных приборов, в лаборатории, где среди научных тем была записана и такая: "Изыскание возможности увеличения точности хода часов со свободным маятником типа "Шорт"".
Его настольной книгой стал "Трактат о часах" Христиана Гюйгенса. Так заочно познакомился Ф. М. Федченко со своими знаменитыми предшественниками Христианом Гюйгенсом и Вильгельмом X. Шортом.
Предпоследняя точка в истории часов с маятником была поставлена английским ученым Вильгельмом X. Шортом. Правда, долгое время считалось, что создать часы с маятником точнее, чем часы Шорта невозможно. В 20-е годы XX века решили, что эволюция маятниковых приборов времени завершена. Каждая обсерватория не считалась достаточно оснащенной, если не имела астрономических часов Шорта, но платить за них приходилось золотом.
Один экземпляр часов Шорта приобрела Пулковская обсерватория. Английская фирма, установившая хранитель времени, запрещала к ним даже прикасаться, иначе снимала с себя всякую ответственность за настройку хитрого механизма. В 30-е годы Главной палате мер и весов в Ленинграде поручили разгадать секрет часов Шорта и начать изготавливать подобные устройства собственными силами. Талантливый метролог И. И. Кванберг долго разглядывал механизм часов через герметическое стекло цилиндра и попытался, не имея чертежей, изготовить копию. Копия была достаточно хорошей, но не идеальной. Всех английских тонкостей через стекло разглядеть было невозможно. Тем не менее, до войны на заводе "Эталон" было выпущено несколько экземпляров часов Кванберга.
Вот такую "простенькую" тему - изготовить часы точнее, чем это сделал Шорт - и поручили новичку Ф. М. Федченко, пришедшему после войны в харьковский
институт.
Возвращение к истокам
Харьковский умелец установил, что еще в 1673 году Христиан Гюйгенс в "Трактате о часах" практически все сказал о том, как делать маятниковые часы. Оказывается, для того, чтобы часы были точными, необходимо, чтобы центр тяжести маятника в пространстве описывал не дугу окружности, а часть циклоиды: кривой, по которой движется точка на ободе колеса, катящегося по дороге. В этом случае колебания маятника будут изохронными, не зависящими от амплитуды. Сам Гюйгенс теоретически все обосновавший, пытался достичь цели, делая тысячи изобретений, но к идеалу не приблизился.
Последователи Гюйгенса, в том числе и Шорт, добивались точности другим путем -максимально изолировали маятник от внешних влияний, помещая точные часы глубоко в подвал, в вакуум, где минимально изменяется вибрация, температура
Федченко же, захотел осуществить мечту Гюйгенса и создать изохронный маятник. Говорят, что все идеальное - просто. Так и Федченко всего на всего подвесил маятник на три пружины - две длинные - по бокам и одну короткую - в середине. Казалось бы, ничего особенного, но на пути к открытию, были тысячи опытов. Были перепробованы пружины толстые и тонкие, длинные и короткие, плоские и с переменным сечением. Пять долгих лет терпеливой и кропотливой работы, неверие коллег, на него уже просто перестали обращать внимание и вдруг счастливый случай, благодаря элементарной ошибке в сборке подвеса.
Несколько винтов плохо закрутили, и подвес повел себя так, что маятник начал совершать изохронные колебания. Опыты проверяли и перепроверяли, все оставалось по-прежнему. Трех пружинный подвес маятника решал задачу Гюйгенса - при изменении амплитуды колебания, период оставался неизменным.
Столица, конечно, переманила талантливого изобретателя. В 1953 году Ф.М. Федченко перевели в Москву, в лабораторию маятниковых приборов времени создававшегося Всесоюзного научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений.
Конечно, в Харькове это не понравилось. Федченко нанесли удар ниже пояса, - не отдали высокоточный импортный станок, стоивший громадных денег. В Москву изобретатель привез только три экземпляра первых опытных часов АЧФ-1. Для продолжения работы станок был необходим, в магазинах страны подобное оборудование не продавали. У частников, с трудом, но можно было найти нужный станок, и Федченко нашел. Но как платить? Наличные деньги в государственном учреждении не выдавали, тем более такую сумму -одиннадцать тысяч рублей.
Отчаявшийся Федченко, понимая, что без прецизионного оборудования он, как без рук, пошел на настоящую авантюру. Он напрямую обратился к управляющему Госбанка и нашел такие убедительные слова о значение своего изобретения, что умный и смелый человек, профессионал в своем деле, поверив мастеру, выдал ему нужную сумму наличными, в качестве документа потребовав просто расписку. Это один из примеров "очевидного, но невероятного".
Еще несколько десятилетий совершенствовали механизм астрономических часов Федченко, пока не появилась знаменитая модель - "АЧФ-3", принесшая славу, как автору, так и стране. Высокоточные часы демонстрировались на Всемирной выставке в Монреале, награждены медалями ВДНХ; описания часов включены в энциклопедии и в различные серьезные издания по хронометрии.
Блеск и трагедия изобретения Федченко
Ф. М. Федченко - создал высокоточные электронно-механические маятниковые часы в то время, когда уже начали появляться кварцевые, молекулярные и атомные приборы времени. Эти системы нельзя сравнивать. Каждая выполняет свои конкретные задачи и в своей области незаменима. Но, к сожалению, не все это понимают. Феодосии Михайлович Федченко никогда не был обделен вниманием ученых, своих коллег. Но вот чиновники, от которых часто зависит как судьба самого изобретателя, так и его изобретения, не всегда ведают, что творят.
В Госстандарте СССР относились к знаменитому конструктору прохладно. В 1973 году ВНИИФТРИ предложил выплатить изобретателю достойное вознаграждение за более чем двадцатипятилетнюю работу по созданию отечественных астрономических часов, принесших стране громадный экономический эффект и независимость от импорта прецизионных часовых механизмов. В Госстандарте сочли возможным урезать предложенное вознаграждение в 9 раз, сославшись на то, что "точность хода часов АЧФ-3 ниже действующих атомных часов". Конечно, ниже. Но атомные часы одни на всю страну, их обслуживает целый коллектив сотрудников, это Государственный эталон времени и частоты, а у часов Федченко совершенно другое назначение - это хранители времени. До сих пор часами Федченко оснащены многие телецентры, аэропорты, космодромы, обсерватории.
Разве кто-нибудь додумается сравнивать по скорости велосипед и космическую ракету. А в Госстандарте сравнили маятниковые часы Федченко, дающие погрешность в одну секунду за 15 лет с атомными часами, ошибающимися на ту же секунду за триста тысяч лет. Оценивать можно только аналогичного класса системы. Например, часы Федченко по сравнению с часами Шорта, намного дешевле, экономичнее, надежнее, удобнее в эксплуатации и на порядок точнее. Не будем обращать внимания на недальновидных и недобросовестных чиновников всех рангов. Главное, запомним, и будем гордиться, что наш соотечественник Феодосии Михайлович Федченко поставил последнюю точку в развитии маятниковых часов. Послушайте, как это гордо звучит - от Галилея и Гюйгенса до Федченко!
Мастер, конечно, знал цену себе и знал, что найдутся злопыхатели, которые попытаются умалить значение его изобретения. Чтобы не забыли о деле всей его жизни, Федченко сам пришел в 1970 году в Политехнический музей с предложением принять в дар и экспонировать часы его конструкции. Сегодня в маленьком зале московского музея можно увидеть многие шедевры часового искусства, в том числе и часы - изобретателя с большой буквы - Феодосия Михайловича Федченко
Первые механические часы.
Первые упоминания о механических часах относятся к концу VI века. Скорее всего, это были водяные часы, в которые было встроено механическое устройство для приведения в действие дополнительных функций, например механизма боя.
Настоящие механические часы появились в XIII веке в Европе. Они еще не были достаточно надежными, поэтому приходилось постоянно проверять время по солнечным часам. Их часовой механизм работал, используя энергию опускающегося груза, в качестве которого долгое время применялись каменные гири. Чтобы запустить такие часы, приходилось поднимать очень тяжелую гирю на значительную высоту.
Стоит отметить, что механические часы, созданные в XIII-XIV веках, были очень большими и использовались крайне редко. Их устанавливали лишь в монастырях, чтобы монахи вовремя могли собираться на службу. Именно монахи и решили нанести на круг 12 делений, каждое из которых соответствовало одному часу. Только в XVI веке часы появились на городских зданиях.
В XIV-XV веках были созданы первые напольные и настенные часы. Поначалу они были довольно тяжелыми, так как приводились в действие с помощью груза, который надо было подтягивать каждые 12 часов. Такие часы изготавливали из железа, а чуть позже из латуни, и по конструкции они повторяли башенные часы.
Во второй половине XV века были созданы первые часы с пружинным двигателем. Источником энергии в таких часах была стальная пружина, которая во время раскручивания поворачивала колеса часового механизма. Первые настольные пружинные часы были изготовлены неизвестным мастером из бронзы. Высота этих часов составляла полметра.
Первые переносные пружинные часы были сделаны из латуни и имели форму круглой или квадратной коробки. Циферблат таких часов был горизонтальным. На нем по кругу размещались выпуклые шарики из латуни, что помогало определять время на ощупь в темное время суток. Стрелка была выполнена в форме дракона или другого мифического существа.
Наука продолжала развиваться, а вместе с ней усовершенствовались механические часы. В XVI веке появились первые карманные часы. Такие приборы были большой редкостью, поэтому позволить себе их приобретение могли только богатые люди. Очень часто карманные часы украшали драгоценными камнями. Но и тогда время продолжали сверять по солнечным часам. Некоторые часы даже имели два циферблата: с одной стороны механический, а с другой солнечный.
В 1657 году Христиан Гюйгенс собрал механические маятниковые часы. Они отличались необыкновенной точностью по сравнению со всеми существующими на тот момент приборами для отсчета времени. Если до появления маятника точными считались часы, отстающие или спешащие на 30 минут в сутки, то теперь погрешность составляла не более 3 минут в неделю. В 1674 году Гюйгенс усовершенствовал регулятор пружинных часов. Его изобретение потребовало создания качественно нового спускового механизма. Немного позже этот механизм был придуман. Им стал анкер.
Изобретения Гюйгенса получили широкое распространение во многих странах. Часовое мастерство начало активно развиваться. Постепенно снижалась погрешность хода часов, к тому же заводить механизмы можно было уже раз в восемь дней.
В связи с повышением точности часов в 1680 году были созданы первые механизмы с минутной стрелкой. В то же время на циферблатной пластине появился второй ряд цифр для обозначения минут, в котором использовались арабские цифры. А в середине XVIII века появились часы с секундной стрелкой.
В это время во всех видах искусства господствовал стиль рококо. В часовом деле его влияние выразилось в разнообразии форм часов и используемых материалов, обилии резных узоров, завитков, внешних украшений из золота и драгоценных камней. В то же время вошли в моду каретные часы. Считается, что дорожные, или каретные часы появились благодаря французскому механику и часовщику Абрагаму-Луи Бреге.
Чаще всего они были прямоугольной формы со стеклянными боковыми стенками. Сверху к корпусу крепилась латунная ручка, которая служила для переноски часов. Все латунные поверхности часов имели покрытие из золота. Стоит заметить, что внешний вид дорожных часов практически не менялся в течение всего столетия.
Благодаря усовершенствованиям часового механизма во второй половине XVIII века часы стали более плоскими и уменьшились в размерах. Но, несмотря на изменения внешнего облика часов, они все еще продолжали оставаться прерогативой избранных. Только во второй половине XIX века их стали производить в больших количествах в Германии, Англии, США, а также Швейцарии.
Механические часы развивались не менее пяти веков. Сегодня их условно подразделяют не только по типу часового механизма (маятниковые, балансовые, камертонные, кварцевые, квантовые), но и по назначению (бытовые и специальные).
К бытовым часам можно отнести башенные, настенные, настольные, наручные и карманные часы. Специализированные часы подразделяют в зависимости от назначения. Среди них можно встретить часы для подводного плавания, сигнальные, шахматные, антимагнитные часы, а также многие другие. Прототипом современных механических часов являются созданные в 1657 году маятниковые часы Х. Гюйгенса.
Первое упоминание о так называемых механических часах ученые нашли в древних византийских текстах - оно относится к 578 году.
Конструкции первых механических часов была простой. Гири на веревке, намотанной на
горизонтальный вал, опускались и двигали стрелки с помощью зубчатых колес.
Революцию в определении времени совершили механические часы. Их усовершенствовали в течение пяти веков.
Сам часовой механизм был очень большим, поэтому первые часы помещали на башнях. В XI в. в Западной Европе появились башенные железные механические часы с одной стрелкой и с колокольным боем, приводившиеся в движение массивной гирей. С восходом Солнца их ставили на 0 ч. Зимой на цепь вешали тяжёлую гирю, а летом лёгкую. Чем тяжелее гиря, тем быстрее, преодолевая трение колёс, шли эти заводные часы без маятника. Сторож несколько раз в день поправлял их по солнечным часам.
В 1288 году уже ходили железные башенные Вестминстерские куранты. На циферблатах того периода была только одна стрелка - часовая, эти часы каждый час били в колокол
Часы Страсбурского собора были чудом средневековой техники. Они были установлены в 1354 г. и несколько позже соединены с колоколом, отбивавшим каждый час. На часах кроме циферблата со стрелкой размешался еще целый планетарий: врашаюшееся звёздное небо, календарь и зодиак с перемещающимися по нему планетами. У часов не было еще точного маятникового регулирования хода, и их приходилось периодически поправлять по солнечным часам.
В 1510 году немецкий механик Генлайн приспособил к часовому механизму стальную пружину и сделал первые карманные часы. Они имели округлую форму, футляр был украшен затейливым орнаментом, отчего такие часы получили название "нюренбергские яйца". Состоятельные люди обзавелись такими маленькими часиками со множеством колёсиков, их можно было носить в кошельке.
Введение пружинного привода в начале XVI в. существенно расширило возможности использования механических часов. Этот вид привода до сих пор преобладает у массовых часов.
Затем был изобретен маятник. Следующим шагом вперед стал анкерный механизм. В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс, изучив свойства маятника, изготовил механические часы с маятником.
Он предложил использовать в качестве регулятора колебаний крутильный маятник – балансир со спиралью. Маятник, раскачиваясь вправо и влево, не позволяя колесу перемещаться при каждом размахе больше, чем на один зубчик. Позднее были изобретены часы с минутной и секундной стрелками. Точность часов возросла многократно, но перевозить такие часы все равно было невозможно.
Современный вариант часов с гирями и маятником.
К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше, а мореплаватели до тех пор полдьзовались песочными часами – «склянками». Морские часы были изготовлены в 18 веке йоркширским столяром Дж. Харрисоном. Испытывал хронометр капитан Джеймс Кук, составивший благодаря ему карту островов Полинезии.
Первые механические часы, изобретенные китайцами, приводились в действие огромными, медленно поворачивавшимися деревянными водяными колесами. В 1300-х гг. появились колесные часы с приводом от опускавшихся гирь, но эти часы были ненадежными и неточными. Часам требовался механизм регулирования хода, который изобрели в 1600-х гг. Таким механизмом стал мятник, который нашел в часах первое практическое применение.
В 1582 г. итальянский ученый Галилео Галилей продемонстрировал, что маятник - груз, подвешенный на тонком стержне, - всегда качается с постоянной скоростью. Кроме того, он доказал, что скорость колебаний зависит только от длины маятника, а не от величины груза, прикрепленного к его концу. Например, маятник длиной 1 м совершает одно колебание (туда и обратно) за 1 сек. Но если маятник такой длины продолжает качаться, значит, с его помощью можно измерять время в секундах. У Галилея возникла эта идея, и в 1641 г. - за год до смерти - он рассказал своему сыну Винченцо, как сделать часы, ход которых регулируется маятником. Но Винченцо не успел закончить работу; первые маятниковые часы появились лишь в 1657 г. Их спроектировал голландский ученый Христиан Гюйгенс, а изготовил часовщик Соломон Костер в Гааге. Они отставали или убегали на 5 секунд в сутки, что значительно превышало точность всех тогдашних часов.
В часовых маятниках использовались не нити, а металлические стержни. Но на металл влияет температура, поэтому длина стержней менялась, что отражалось на точности хода часов. В жаркую погоду металлический стержень удлинялся, а в холодную укорачивался. Например, часам с односекундным маятником для потери одной секунды в сутки достаточно увеличения длины маятника на 0,025 мм, что происходит при повышении температуры всего на 2 "С. Изобретатели вскоре решили эту проблему, создав маятник постоянной длины. В 1722 г. английский механик Джордж Грэм изобрел ртутный маятник (о чем заявил в 1726 г.), прикрепив к концу маятника стеклянный сосуд со ртутью. Когда из-за повышения температуры маятник удлинялся вниз, это компенсировалось расширением ртути в сосуде, действовавшим в обратном направлении.
Другим решением стал решетчатый маятник из перемежающихся полос стали и меди, изобретенный английским часовщиком Джоном Гаррисоиом в 1728 г. Медь расширяется сильнее, чем сталь, поэтому ее расширение компенсировалось меньшим расширением стали. Сейчас стержни маятников изготавливаются из инвара - сплава железа с никелем, который почти не расширяется при нагревании. Этот сплав также используют для изготовления рулеток и камертонов, для которых постоянная длина очень важна.
Ученик Галилея итальянский ученый Винченцо Вивиани сделал этот набросок маятниковых часов; реконструкцию маятника см. на рис. на с. 13.
Эта модель маятниковых часов была создана в XIX в. по наброску проекта Галилея, сделанному Вивиани. Источник энергии для часов там указан не был, поэтому можно предположить, что они приводились в движение опускающимися гирями.
В механических часах скорость, с которой высвобождается энергия опускающегося груза, регулируется с помощью механизма, называемого спуском. Молоточек, подвешенный на маятнике, заставляет качаться анкер. Анкер то останавливает, то отпускает анкерное колесо, позволяя ему постепенно освобождать энергию опускающегося груза, приводящую в движение главное колесо. К оси главного колеса прикреплена часовая стрелка.
