М
еханические часы, по своему устройству напоминающие современные, появились в 14 веке в Европе. Это часы использующие гиревой или пружинный источник энергии, а в качестве колебательной системы у них применяется маятниковый или балансовый регулятор. Можно выделить шесть основных компонентов часового механизма:
1) двигатель;
2) передаточный механизм из зубчатых колес;
3) регулятор, создающий равномерное движение;
4) спусковой распределитель;
5) стрелочный механизм;
6) механизм перевода и заводки часов.
Первые механические часы называли башенными колесными часами, в движение они приводились опускающимся грузом. Приводной механизм представлял собой гладкий деревянный вал канатом к которому был примотан камень, выполняющий функцию гири. Под действием силы тяжести гири, канат начинал разматываться и вращать вал. Если этот вал через промежуточные колеса соединить с основным храповым колесом, связанным со стрелками-указателями, то вся эта система будет как-то указывать время. Проблемы подобного механизма в огромной тяжеловесности и необходимости гире куда-то падать и в не равномерном, а ускоренном вращении вала. Чтобы удовлетворить все необходимые условия, для работы механизма строили сооружения огромных размеров, как правило, в виде башни, высота которой была не ниже 10 метров, а вес гири достигал 200 кг, естественно все детали механизма были внушительных размеров. Столкнувшись с проблемой неравномерности вращения вала, средневековые механики поняли, что ход часов не может зависеть только от движения груза.
Механизм необходимо дополнить устройством, которое управляло бы движением всего механизма. Так появилось устройство сдерживающее вращение колеса, его назвали "Билянец" - регулятор.
Билянец представлял собой металлический стержень, расположенный параллельно поверхности храпового колеса. К оси билянца под прямым углом друг к другу прикреплены две лопатки. При повороте колеса зубец толкает лопатку до тех пор, пока она не соскользнет с него и не отпустит колесо. В это время другая лопатка с противоположной стороны колеса входит в углубление между зубцами и сдерживает его движение. Работая, билянец раскачивается. При каждом полном его качании храповое колесо передвигается на один зубец. Скорость качание билянца, взаимосвязана со скоростью движется храпового колеса. На стержень билянца навешивают грузы, обычно в форме шаров. Регулируя величину этих грузов и расстояние их от оси, можно заставить храповое колесо двигаться с различной скоростью. Конечно, эта колебательная система во многих отношениях уступает маятнику, но может использоваться в часах. Однако, любой регулятор остановится если постоянно не поддерживать его колебания. Для работы часов необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса постоянно поступала к маятнику или билянцу. Эту задачу в часах выполняет устройство, которое называется спусковым распределителем.
Различные виды билянцев
Спусковой механизм самый сложный узел в механических часах. Через него осуществляется связь между регулятором и передаточным механизмом. С одной стороны, спуск передает толчки от двигателя к регулятору, что необходимые для поддержания колебаний регулятора. С другой стороны, подчиняет движение передаточного механизма закономерности движения регулятора. Точный ход часов зависит главным образом от спускового механизма, конструкция которого озадачила изобретателей.
Самый первый спусковой механизм был шпиндельный. Регулятором хода этих часов был так называемый шпиндель, представляющий собой коромысло с тяжелыми грузами, установленное на вертикальной оси и приводимое попеременно то в правое, то в левое вращение. Инерция грузов оказывала тормозящее воздействие на часовой механизм, замедляя вращение его колес. Точность хода подобных часов со шпиндельным регулятором была низка, а суточная погрешность превышала 60 минут.
Так как в первых часах не было специального механизма заводки, подготовка часов к работе требовала больших усилий. Несколько раз в день нужно было поднимать на большую высоту тяжелую гирю и преодолевать огромное сопротивление всех зубчатых колес передаточного механизма. Поэтому уже во второй половине XIV века главное колесо стали крепить таким образом, что при обратном вращении вала (против часовой стрелки) оно оставалось неподвижным. Со временем устройство механических часов становилось сложнее. Увеличилось число колес передаточного механизма т.к. механизм испытывал сильную нагрузку и быстро изнашивался, а груз опускался очень быстро и его приходилось поднимать по несколько раз на день. К тому же для создания больших передаточных отношений требовались колеса слишком большого диаметра, что увеличивало габариты часов. Поэтому стали вводить промежуточные дополнительные колеса, в задачу которых входило плавно увеличивать передаточные отношения.
Механизмы башенных часов
Башенные часы были капризным механизмом и требовали постоянного наблюдения (из-за силы трения нуждались в постоянной смазке) и участия обслуживающего персонала (подъем груза). Несмотря на большую погрешность суточного хода, долгое время эти часы оставались самым точным и распространенным прибором для измерения времени. Механизм часов усложнялся, с часами стали связывать другие приспособления, выполняющие разнообразные функции. В конце концов, башенные часы превратились в сложное устройство со многими стрелками, автоматическими подвижными фигурами, разнообразной системой боя, и великолепными украшениями. Это были шедевры искусства и техники одновременно.
Например, Пражские башенные часы, сооруженные в 1402 году, были оснащены автоматическими подвижными фигурками, которые во время боя разыгрывали настоящее театральное представление. Над циферблатом перед боем раскрывались два окошка из которых выходили 12 апостолов. Фигурка Смерти стояла на правой стороне циферблата и при каждом бое часов поворачивала косу, а человек стоявший рядом, кивал головой, подчеркивая роковую неизбежность а песочные часы, напоминали о конце жизни. По левую сторону циферблата находились еще 2 фигурки, одна изображала человека с кошельком в руках, который каждый час звенел лежавшими там монетами, показывая, что время - деньги. Другая фигура изображала путника, мерно ударявшего посохом в землю, показывая суетность жизни. После боя часов появлялась фигурка петуха, который трижды кричал. Последним в оконце появлялся Христос и благословлял всех стоявших внизу зрителей.
Другим примером башенных часов было сооружение мастера Джунелло Турриано, которому потребовалось 1800 колес для создания башенных часов. Эти часы воспроизводили дневное движение Сатурна, часы дня, годичное движение Солнца, движение Луны, а также всех планет в соответствии с птолемеевской системой мироздания. Для создания таких автоматов требовались особые программные устройства в движение которые приводил большой диск, управляемый часовыми механизмом. Все подвижные части фигур имели рычаги, которые то поднимались то опускались под действием вращения круга, когда рычаги попадали в особые вырезы и зубцы вращающегося диска. Также, башенные часы имели отдельный механизм для боя, который приводился в движение собственной гирей, причем многие часы по-разному отбивали полдень, полночь, час, четверть часа.
После колесных часов появились более усовершенствованные пружинные часы. Первые упоминания об изготовлении часов с пружинным двигателем относят ко второй половине 15 века. Изготовление часов с пружинным двигателем открыло путь к созданию миниатюрных часов. Источником движущей энергии в пружинных часах служила заведенная и стремящаяся развернуться пружина. Она представляла собой эластичную, закаленную стальную ленту, свернутую вокруг вала внутри барабана. Внешний конец пружины закреплялся за крючок в стенке барабана, внутренний - соединялся с валом барабана. Пружина стремилась развернуться и приводила во вращение барабан и связанное с ним зубчатое колесо. Зубчатое колесо в свою очередь передавало это движение системе зубчатых колес до регулятора включительно. Перед мастерами возникал ряд сложных технических задач. Основная из них касалась работы самого двигателя. Так как для правильного хода часов, пружина должна на протяжении длительного времени воздействовать на колесный механизм с одной и той же силой. Для чего необходимо заставить ее разворачиваться равномерно и медленно.
Изобретение запора, послужило толчком к созданию пружинных часов. Он представлял собой маленькую щеколду, помещавшуюся в зубья колес и позволявшую пружине раскручиваться только так, что одновременно поворачивался весь ее корпус, а вместе с ним колеса часового механизма.
Так как пружина имеет неодинаковую силу упругости на разных стадиях своего разворачивания, первым часовщикам приходилось прибегать к различным хитростям, чтобы сделать ее ход более равномерным. Позже, когда научились изготовлять высококачественную сталь для часовых пружин, в них отпала необходимость. В современных недорогих часах пружину просто делают достаточно длинной, рассчитанной примерно на 30-36 часов работы, но при этом рекомендуют заводить часы раз в сутки в одно и то же время. Специальное приспособление мешает пружине при заводе свернуться до конца. В результате ход пружины используется только в средней части, когда сила ее упругости более равномерная.
Следующим шагом к усовершенствованию механических часов было открытие законов колебания маятника сделанное Галилеем. Создание маятниковых часов состояло в соединении маятника с устройством для поддержания его колебаний и их отсчета. Фактически, маятниковые часы - это усовершенствованные пружинные часы.
В конце жизни Галилей стал конструировать такие часы, но дальше разработок дело не пошло. А уже после смерти великого ученого первые маятниковые часы были созданы его сыном. Устройство этих часов держалось в строгом секрете, поэтому они не оказали никакого влияния на развитие техники.
Независимо от Галилея в 1657 году механические часы с маятником собрал Гюйгенс.
При замене коромысла на маятник первые конструкторы столкнулись с проблемой. Она заключалась в том, что маятник создает изохронные колебания только при малой амплитуде, между тем шпиндельный спуск требовал большого размаха. В первых часах Гюйгенса размах маятника достигал 40-50 градусов, что нарушало точность хода. Для компенсации этого недостатка, Гюйгенсу пришлось проявить изобретательность и создать особый маятник, который в ходе качания изменял свою длину и колебался по циклоидной кривой. Часы Гюйгенса обладали несравнимо большей точностью, чем часы с коромыслом. Их суточная погрешность не превышала 10 секунд (в часах с коромысловым регулятором погрешность колебалась от 15 до 60 минут). Гюйгенс изобрел новые регуляторы как для пружинных, так и для гиревых часов. Механизм стал гораздо совершеннее, когда в качестве регулятора начали использовать маятник.
В 1676 году Клемент, английский часовщик изобрел якорно-анкерный спуск, который идеально подходил к маятниковым часам, имевшим небольшую амплитуду колебания. Эта конструкция спуска представляла собой ось маятника на которую насаживался якорь с палетами. Раскачиваясь вместе с маятником, палеты попеременно внедрялись в ходовое колесо, подчиняя его вращение периоду колебания маятника. Колесо успевало повернуться на один зуб при каждом колебании. Такой спусковой механизм позволял маятнику получать периодические толчки, которые не давали ему остановиться. Толчок происходил, когда ходовое колесо, освободившись от одного из зубьев якоря, ударялось с определенной силой о другой зуб. Этот толчок передавался от якоря к маятнику.
Изобретение маятникового регулятора Гюйгенса произвело переворот в технике часового дела. Гюйгенс много сил потратил на усовершенствование карманных пружинных часов. Основная проблема которых была в шпиндельном регуляторе, так как они постоянно находились в движении, тряслись и покачивались. Все эти колебания оказывали негативное воздействие на точность хода. В 16 веке часовщики стали заменять двуплечный билянец в виде коромысла круглым колесиком-маховиком. Эта замена значительно улучшила работу часов, но осталась неудовлетворительной.
Важное усовершенствование регулятора произошло в 1674 году, когда Гюйгенс присоединил к колесику-маховику спиральную пружинку - волосок.
Теперь при отклонении колесика от нейтрального положения волосок воздействовал на него и старался возвратить на место. Однако массивное колесико проскакивало через точку равновесия и раскручивалось в другую сторону до тех пор, пока волосок снова не возвращал его назад. Так был создан первый балансовый регулятор или балансир, свойства которого были подобны свойствам маятника. Выведенное из состояния равновесия, колесико балансира начинало совершать колебательные движения вокруг своей оси. Балансир имел постоянный период колебания, но мог работать в любом положении, что очень важно для карманных и наручных часов. Усовершенствование Гюйгенса произвело среди пружинных часов такой же переворот, как введение маятника в стационарные настенные часы.
Англичанин Роберт Гук независимо от голландца Христиана Гюйгенса также разработал колебательный механизм, который основан на колебаниях подпружиненого тела - балансирный механизм. Балансирный механизм применяется, как правило, в переносных часах, так как может эксплуатироваться в разных положениях, чего не скажешь об маятниковом механизме, который используют в настенных и напольных часах т. к. для него важна неподвижность.
В состав балансирного механизма входят:
Балансирное колесо;
Спираль;
Вилка;
Градусник - рычаг регулировки точности;
Храповик.
Для регулирования точности хода используют градусник - рычаг, который выводит из работы некоторую часть спирали.
Колесо и спираль делают из сплавов с небольшим коэффициентом температурного расширения из-за чувствительности к колебаниям температуры. Также возможно изготовить колесо из двух разных металлов, чтобы оно изгибалось при нагреве (биметаллический баланс). Для повышения точности хода баланс снабжался винтами, они позволяют точно сбалансировать колесо. Появление прецизионных станков-автоматов избавило часовщиков от балансировки, винты на балансе стали чисто декоративным элементом.
Изобретение нового регулятора требовало новой конструкции спуска. Следующие десятилетия разные часовщики разрабатывали разные варианты спусковых устройств. В 1695 году Томасом Томпионом был изобретен наиболее простой цилиндрический спуск. Спусковое колесо Томпиона было снабжено 15-ю, особой формы, зубьями «на ножках». Сам цилиндр представлял собой полую трубку, верхний и нижний концы которой были плотно забиты двумя тампонами. На нижнем тампоне был насажен балансир с волоском. При колебании балансира в соответствующую сторону вращался и цилиндр. На цилиндре находился вырез в 150 градусов, проходящий на уровне зубцов спускового колеса. Когда колесо двигалось, его зубья попеременно одно за другим входили в вырез цилиндра. Благодаря этому изохронное движение цилиндра передавалось спусковому колесу и через него - всему механизму, а балансир получал импульсы, поддерживающие его.
С развитием науки часовой механизм усложнялся, а точность хода повышалась. Таким образом, в начале восемнадцатого века для балансира и шестеренок впервые были использованы рубиновые и сапфировые опоры, что позволило повысить точность и запас хода и уменьшить трение. Постепенно карманные часы дополнялись все более сложными устройствами и некоторые образцы имели вечный календарь, автоподзавод, независимый секундомер, термометр, индикатор запаса хода, минутный репетир, а работу механизма давала возможность увидеть задняя крышка, выполненная из горного хрусталя.
Величайшим достижением в часовой промышленности и теперь считается изобретение в 1801 году Авраамом Луи Бреге турбийона. Бреге удалась решить одну из самых больших проблем часовых механизмов его времени, он нашел способ побороть гравитацию и связанные с ней погрешности хода. Турбийон - это механическое устройство, созданное для повышения точности хода часов за счет компенсации влияния гравитации на анкерную вилку, и равномерного распределения смазки трущихся поверхностей механизма при смене вертикальных и горизонтальных положений механизма.
Турбийон - один из наиболее впечатляющих механизмов в современных часах. Подобный механизм может производиться только искусными мастерами, а способность фирмы изготовить турбийон является признаком ее принадлежности к часовой элите.
Механические часы во все времена были предметом восхищения и удивления, они завораживали красотой исполнения и трудностью работы механизма. Так же они всегда радовали своих хозяев уникальными функциями и оригинальным дизайном. Механические часы и сегодня являются предметом престижа и гордости, способны подчеркнуть статус и всегда покажут точное время.
Свою обыденную жизнь мы не можем представить без такого мудрого прибора, как часы. Но, гораздо интереснее узнать, как все начиналось. Как появились первые часы на земле?
Вообще, их история длится много столетий, за всю историю своих преобразований часы несколько раз меняли свой образ и форму. Слово «часы» появилось еще в 14 веке. В переводе с латыни это слово означало «звонок». Древние люди умели определять время по движению солнца на небе. Но это время нельзя назвать точным. Определялось оно по нахождению солнца в той или иной части небосклона — на восходе — значит утро, посередине — полдень, закат — соответственно вечер.
Самые первые часы – это солнечные часы. Впервые их начали применять еще в 3500 году до н. э. Принцип их работы заключался в том, чтобы определить время по тени от солнца — ставилась палка, от которой падала тень. Тень указывала на конкретное число на диске, так смотрели время. В 1400 году до н.э. в Древнем Египте появляются водяные часы. Их первое название — клепсирда. Эти часы были сделаны из двух разных емкостей с водой. Уровень в одной емкости был больше, чем в другой. Одна емкость была установлена выше другой, их соединяла труба, по которой вода из этой емкости перетекала в емкость, находящуюся ниже. На емкостях стояли марки, по которым и определяли время, исходя из уровня воды. Водяные часы пользовались всеобщей популярностью и любовь в Греции. Тут же они были более усовершенствованны. Вода из высоко расположенной емкости также капала в емкость, расположенную ниже, из которой поднимался поплавок, с проградуированной палкой, по которой и определяли время.
Также древними греками год был разделен на 12 месяцев, каждый месяц разделялся на 30 равных дней. Таким образом, как мы видим, в «древнегреческом» году было 360 дней. Затем древние греки и жители Вавилона решили разделить день на равные части- часы, минуты и секунды. Сначала день от восхода до заката, был разделен на 12 равных частей. Позже эти части были названы часами. Но оставалась проблема в том, что в разное время года длина ночи была разная. И нужно было урегулировать эту разницу. Поэтому, вскоре сутки стали разделять на 24 часа. Но остается другой вопрос — почему же ночь и день были поделены именно на 12 равных частей? Оказывается, 12 – число лунных циклов в году. Идея же разделить час на 60 минут, а минуту на 60 секунд пришла к людям от шумерской культуры, вообще, цифры в древности играли большую роль во многих культурах.
Самые первые часы с минутной стрелкой появились на свет в 1577 году. Но, все же в них наблюдались некоторые недостатки. Наиболее точными были маятниковые часы, которые изибрели в период с 1656 по 1660 годы. Минусом данных часов было то, что маятник через некоторое время мог остановиться, его заводили снова. На циферблате отображается только 12 цифр, как все мы знаем, поэтому, стрелка должна пройти круг дважды, чтобы отметить сутки. Именно по этой причине, в некоторых странах, были введены аббревиатуры для обозначения времени до полудня (A.М.) и после полудня (Р.М.)
А в 1504 появились наручные часы. Крепились они к руке с помощью нитки. Появились на свет в Германии. Кварцевые часы (кварц- это кристалл), были изобретены только в 1927 году. Это были самые точные часы из всех предыдущих.
История часов насчитывает не одно столетие. За это время часы претерпели большие изменения своего внешнего облика и, конечно, функциональности.
Как появились солнечные часы
Изначально понятие времени было привязано к движению солнца по небосводу. Так древни люди могли приблизительно определить время суток. Это положило начало появлению первых часов – солнечных. История подтверждает их появление в 3500 г. до нашей эры. Используя палку, диск с нанесенными делениями и движение солнца, по тени определяли время дня.
Изобретение водяных часов
Позднее, около 1400 г. до нашей эры в Древнем Египте появились часы, работающие на воде. Они выглядели как 2 сосуда, в каждом из которых была наполнена вода. Сосуды имели различный друг от друга размер и были установлены так, что вода перетекала из одной емкости в другую. По маркировкам, показывающих уровень воды, определяли временные промежутки.
Позже часы претерпели некоторые изменения. Их дополнили поплавком, помещенным в нижний сосуд. На него была закреплена палкой с отметинами. Теперь время определяли уже по расположению этой палки.
Как возникло разделение времени
Древним грекам принадлежит не только открытие часов на воде. Они также применили принцип разделения года на некоторые временные промежутки. Мы пользуемся этим и сейчас. Год разделили на двенадцать месяцев. В месяце содержалось ровно по 30 дней. Так, год в древности был короче, в нем было всего 360 дней.
Дни также поделили на промежутки. Изначально это было двенадцать частей, затем перешли к 24-х часовому исчислению. На ночь и день было отведено по 12 часов.
Из культуры Шумера, а это была наиболее яркая из культур древней Месопотамии, пришло в наши дни разделение часа и минуты на равные части – по 60 минут и секунд.
Появление первых часов
Первые часы в привычном для нас виде со стрелками появились в 1577 г. Они были далеко не точными. Это удалось исправить ближе к 1660 году, с использованием в часах конструкции маятника.
Циферблат часов изначально содержал только 12 делений. Поэтому, во избежание путаницы, во многих странах было принято разделение времени на «до» и «после» полудня. Сейчас этот принцип используется только в США.
Гораздо позже – в 1927 г. были изобретены первые часы, работа которых была основана на аккумуляторе. Это было появление первых кварцевых часов. По точности они значительно опережали любые часы на механике. Благодаря точности, более дешевому производству и лучшим эксплуатационным характеристикам, механизмы на кварцевой технологии быстро завоевали признание и вошли в нашу жизнь.
Физики сделали шокирующее открытие – в природе времени не существует и никогда не существовало! В природе имеют место только процессы, они могут быть периодическими или непериодическими. Понятие «время» было придумано людьми для собственного удобства. Время – это мера измерения расстояния между двумя событиями.
Кто придумал первые часы?
Человек изобрел много способов измерения времени. Сначала измеряли время в восходах и заходах солнца. Увеличение или уменьшение тени, падающей от разных предметов – камней, деревьев, помогало человеку хоть как-то ориентироваться во времени. Определяли время и по звездам (ночью в разное время видны разные звезды).
Древние египтяне поделили ночь на двенадцать промежутков. Каждый промежуток начинался с восходом одной из двенадцати определенных звезд. На столько же промежутков поделили египтяне и день. На этом основывается наше деление суток на 24 часа.
Позже египтяне создали теневые часы (мы их называем солнечными). Они представляют собой простую деревянную палку с отметками. Теневые часы и стали первым изобретением человека, предназначенным для измерения времени. Конечно, солнечные часы не могли определять время в пасмурный день и ночью. Одним из старинных письменных документов, датируемых 732г до н.э. о солнечных часах является Библия (двадцатая глава Книги Царств). В ней упоминаются обелисковые часы царя Ахаза. Обнаруженные при раскопках солнечные часы XIII и XV в.в. до н.э. свидетельствуют о том, что в действительности солнечные часы появились гораздо раньше, чем об этом говорят письмена.
Древние египтяне создали и водяные часы. Они отмеряли отрезок времени, за который жидкость перетекает из одного сосуда в другой.
В VIII веке появились песочные часы. Они представляют собой две спаянные колбы. Песок, насыпанный в одну из колб, пересыпается сквозь узкую горловину другой колбы за определенный промежуток времени, например за час. После этого часы переворачивают. Песочные часы дешевы, надежны, поэтому до сих пор не исчезли из .
Механические часы появились в Европе в 1300 – х годах, они работали при помощи и пружин. У них не было стрелок, а о прохождении часа свидетельствовал звонок.
В современных электронных и кварцевых часах используют колебания кристалликов кварца.
Эталоном являются атомные весы. Они измеряют время перехода атома с отрицательного на положительное энергетическое состояние и обратно.
Человек всегда хотел измерить время. Для этого были созданы часы. Первые часы были солнечные. Их изобрели ещё до нашей эры. Исследователи до сих пор спорят, кто изобрел первые часы. Официальная версия гласит, что созданы они были в древнем Китае, человеком по имени Чиу-Пи.
Кто изобрел первые часы
Солнечные часы составляли конкуренцию песочным часам, которые также изобрели в Азии. Песочные часы были достаточно неточными. Точность этих часов зависела от материалов и размеров колбы, используемого песка.
Позднее, в древней Греции, изобретатель Ктсебий создал водяные часы. Они представляли собой сосуд со шкалой, куда капли падали из внешнего резервуара. Водяные часы были популярными вплоть до 18 века.
В начале 6 века в Германии были создан первый аналог механических часов. Изобретение приписывается монаху Герберту. Он сконструировал башенные часы для города Магдебург. Механизм этих часов работал за счет энергии опускаемого груза. Однако механика использовалась только для боя. Часы сами по себе были водяными.
Кто изобрел часы, которые мы используем сегодня
Привычные нам механические часы создаются благодаря Гюйгенсу в 17 веке, который использовал маятник, как регулятор погрешности. Т. Томпион продолжил дело, создав цилиндр с зубчатыми кольцами внутри, которые и являются аналогом современных часов.
Три столетия механические оставались самым сложным техническим устройством. Множество изобретателей внесли свою лепту в создание механизма, который сегодня доступен практически всем.
Загрузка...
