Часы

Часы

Часы – измерительный прибор, с помощью которого определяют текущее время – часы, минуты, секунды. Потребность знать время была всегда, и это способствовало созданию устройств для его определения. Самый первый прибор подобного рода появился уже за 3000 лет до н. э. – это были солнечные часы. Они представляют собой горизонтальный или вертикальный прямоугольный циферблат с пластиной-стержнем, тень от которого и показывает время на этом циферблате. Первые часы в древности имели, как правило, горизонтальные циферблаты. В Средние века стали отдавать предпочтение вертикальным. Следующими после солнечных были изобретены водяные и песочные часы, это было преимуществом, так как солнечные могли показать время только днем, и то в солнечную погоду. Водяные же часы показывали время и днем, и ночью, но не очень точно. Конструкция водяных часов – это сосуд с временной шкалой, в сосуд капала вода из другой емкости, и повышение уровня воды показывало на шкале время. Но измерить время можно не только поступательным или вращательным движением, но и колебательным движением, и время будет отсчитываться по числу колебаний. Первые механические часы были изобретены в XIV в., они имели шпиндельный механизм с гирями, у них была только одна часовая стрелка, и они тоже не обладали точностью хода. В XVI в. в Германии появились карманные часы, также со шпинделем, но вместо гирь с пружиной, имевшие неточные показания. Механические маятниковые часы создал в 1657 г. Х. Гюйгенс, что сделало отсчет более точным. В 1675 г. в Великобритании У. Клемент использовал крючковой механизм вместо шпиндельного, Дж. Грагам – анкерный механизм. В 1675 г. Гюйгенс изобрел балансовый регулятор. Устройство представляло собой систему, состоящую из колеса-баланса и спирали. Баланс – колесо на стальной оси, к которой прикреплена спираль-пружина одним концом, другой ее конец крепится к опоре, которая неподвижна. Эта балансовая система, совершающая колебательные движения вокруг своей оси, и период ее колебаний определен инерцией баланса и жесткостью пружины. Это устройство обладало надежностью в эксплуатации и достаточной точностью. В середине XVIII в. с изобретением свободного анкерного механизма повысилась точность часов. Но в балансовых часах со стальной спиралью на погрешность влияет температура воздуха, что составляет 11 с за сутки. В XVIII в. в балансовой системе П. Леруа использовал компенсационные грузы для устранения температурной зависимости. В России созданием часовых устройств занимались известные изобретатели Т. И. Волосков, Кулибин, И. П. Носов, Д. И. Толстой. В конце ХК в. Ш. Э. Гильом изобрел специальные материалы с минимальным термоэластичным коэффициентом, что делало влияние температуры практически несущественным. Для часовых маятников этот материал назывался инвар, для спиралей – элинвар.

Современные часы различаются по назначению и по типу колебательной системы.

По назначению часы бывают и бытовыми, и специализированными. Бытовые – это настольные, настенные, наручные, карманные; специализированные – это дорожные, подводные, антимагнитные, сигнальные, программные, процедурные, табельные, астрономические. Типы колебательных систем – это балансовые, камертонные, маятниковые, кварцевые, квантовые.

Механические часы. Конструкция включает систему зубчатых колес, двигатель, пружину, спусковой механизм, стрелочный механизм, механизм заводки – барабан-регулятор. Часы имеют часовые, минутные и секундные стрелки. Есть модификации, которые показывают числа, дни, месяцы, есть конструкции, имеющие дополнительный завод в виде качающегося груза, который качанием и заводит пружину.

Современные часы обладают точностью хода.

Первые электромеханические часы появились в первой половине XIX в. Они были балансовыми или маятниковыми, завод осуществлялся с помощью электромагнита. Швейцарские конструкторы Л. Бреге и М. Гипп применили электропривод, который управляет балансом или маятником. Двигатель часов – колебательная система. В середине ХХ в. были сконструированы электромеханические балансовые часы с механическими контактами. Самые современные конструкции имеют интегральные микросхемы и отличаются высокой надежностью и точностью.

Электронно-механические часы. Работой их шагового двигателя управляют электрические импульсы, имеют высокочастотные кварцевые осцилляторы. В конце ХХ в. такие часы производились во многих странах – в Японии – Seiko, в США – «Гамильтон», «Омега», в Швейцарии – Patek Philippe Ebauches. Кварцевый генератор имеет высокую устойчивость к температурным и динамическим воздействиям, что делает эти часы высокоточными.

Электронные часы стали выпускаться в конце ХХ в. Они имеют кварцевый генератор на жидких кристаллах, счетчик, дешифратор. Существуют конструкции со стрелочной и цифровой индикацией.

Часы имеют различную точность в зависимости от их назначения: атомные – 10¹³ с, маятниковые – 10¹¹ с, кварцевые – 10⁸ с, наручные кварцевые – 2 с, балансовые – 15 с, механические – 5—60 с, будильники – 1,5 мин.

Астрономические часы используются для астрономических наблюдений, обладают высокой точностью. Астрономия – древняя наука, и других часов, кроме солнечных, у нее не было. В 1657 г. Х. Гюйгенс изобрел маятниковые часы, которые использовались для астрономических целей. Но длина маятника может меняться в зависимости от температуры, что делает измерение неточным. Для устранения этого влияния маятники изготавливают из специальных материалов, и сами часы изготавливают в специальных камерах. Самые точные механические астрономические часы – это маятниковые часы Федченко. И в конце ХХ в. появились кварцевые, дающие большую точность, чем все другие конструкции.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.