История часов. Эволюция от солнечных до водородных - Семен Бронников

В часовых механизмах современных маятниковых часов в основном применяются свободные анкерные швейцарские ходы.

Исторически первой колебательной системой был маятник. Как известно, при одинаковой амплитуде и постоянном ускорении свободного падения частота колебания маятника неизменна.

В состав маятникового механизма входят: маятник; анкер, соединённый с маятником; храповое колесо (храповик). Точность хода настраивается изменением длины маятника или длины пружины.

У классического маятникового механизма есть три недостатка. Во-первых, частота колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний (этот недостаток преодолел Гюйгенс, заставив маятник колебаться по циклоиде, а не по дуге окружности). Во-вторых, маятниковые часы должны быть установлены неподвижно; на движущемся транспорте их применять нельзя. В- третьих, частота зависит от ускорения свободного падения, поэтому часы, выверенные на одной широте, будут отставать на более низких широтах и уходить вперёд на более высоких.

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 позволял 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.

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. Но только на склоне лет, старый, больной и слепой старик, вспомнил о своих юношеских опытах. Ему пришла идея 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 был самым первым 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. Идеи Гюйгенса воплотил в жизнь парижский часовой мастер Исаак Тюре. Так увидели свет часы с различными конструкциями маятников, изобретенных Гюйгенсом.

Следующим этапом развития стало изобретение в 1676 году английским часовщиком Клементом якорно-анкерного спуска для маятниковых часов. Но на этом усовершенствования часового механизма не закончились. Часовых дел мастера создавали все новые и новые конструкции, выкидывая из них зачастую многие изначально применявшиеся детали. Например, в 1925 году появились маятниковые часы Шорта, в которых под колпаком с электромагнитами, батарейкой и проводами был только маятник. 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.

Последним усовершенствованием маятниковых часов стали часы Федченко, созданные в 1954 году и обладавшие точностью хода 0,0003 секунды в сутки. Три столетия спустя после изобретения маятниковых часов талантливому преподавателю физики Феодосию Михайловичу Федченко (1911–2002) 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.

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.

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 тему — изготовить часы точнее, чем это сделал Шорт — и поручили новичку Ф. М. Федченко, пришедшему после войны в харьковский институт.

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.

Федченко же, захотел осуществить мечту Гюйгенса и создать изохронный маятник. Говорят, что все идеальное — просто. Так и Федченко всего-навсего подвесил маятник на три пружины — две длинные — по бокам и одну короткую — в середине.

Подвес повел себя так, что маятник начал совершать изохронные колебания. Опыты проверяли и перепроверяли, все оставалось по-прежнему. Трехпружинный подвес маятника решал задачу Гюйгенса — при изменении амплитуды колебания, период оставался неизменным.

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.

Часы Федченко — это хранители времени. До сих пор часами Федченко оснащены многие телецентры, аэропорты, космодромы, обсерватории.