На каком свойстве маятника основано его применение в часах

Тик так, Тик так – этот звук мы вспоминаем, когда думаем о часах. Хотя подавляющее большинство современных часов едва ли издают хоть какой-то звук. Не так давно почти каждые часы издавали характерный для часов звук, потому что они были полностью  механическими, а не электронными. Раньше для того чтобы часы работали было необходимо поворачивать ключ, заводить пружину, после прислушавшись можно было услышать как работают шестерни. Так давайте разберёмся, как на самом деле работают старомодные маятниковые часы.

Что такое маятник?

Маятник представляет собой стержень, который висит вертикально и раскачивается из стороны в сторону под действием силы тяжести. Как обнаружил итальянский учёный Галилео Галилей(1564-1642), полное колебание маятника занимает одинаковое время. В теории, единственное, что влияет на колебание маятника, это его длина и сила тяжести. Для относительно небольших колебаний, время (Т), которое требуется для того, чтобы маятник сделал одно полное колебание(известное как период) вычисляется по следующему уравнению:

Где,l — это длина маятника, g – мера силы тяжести(ускорение свободного падения). Из этого уравнения видно, что вам надо в 4 раза увеличить длину маятника, чтобы в 2 раза увеличить время колебания.

Как маятник работает?

Маятник работает путём преобразования кинетической энергии в потенциальную и обратно. Когда маятник находится в крайнем положении он имеет максимальную накопленную энергию(потенциальную энергию). В самой нижней точке, максимально близкой к земле потенциальная энергия переходит в кинетическую и имеет её максимальное значение в этой точке. Таким образом, маятник постоянно переводит потенциальную и кинетическую энергии друг в друга, что является примером простого гармонического колебания. Если бы трение соприкасающихся элементов и сопротивление среды(воздуха) отсутствовало, то есть были созданы идеальные условия, то маятник бы совершал колебания вечно. Но в реальных условиях маятник учитывая вышеперечисленные факторы замедляется. Но что является очень важным для хронометража, даже при уменьшении амплитуды колебания время колебания маятника не изменяется. Галилей сразу отметил эту полезную функцию, но построить маятниковые часы ему так и не удалось, удалось лишь представить модель маятниковых часов в 1642 году. Галилей передал свои труды датскому учёному Христиану Гюйгенсу. Он и сделал первые маятниковые часы в 1650 году.

Как работают маятниковые часы?

Почти все маятниковые часы сконструированы следующим образом: в часовом механизме, который Вы видите, груз 1 с помощью троса через валик 2 приводит в движение систему колес. Этот груз обеспечивает энергию для часов. Усилие через несколько колесных пар передается на тормозное колесико 3. Проворачивание часового механизма тормозится в результате взаимодействия тормозного колесика 3 и анкера 4 и регулируется маятником 5. Тормозное колесико будет продвигаться дальше лишь в том случае, если маятник приведет анкер в такое положение, когда он отпустит тормозную шестеренку. Одновременно другой конец анкера проходит в пространство между шестеренками и тем самым ограничивает движение тормозного колесика 3 на половину длины зубчика. Теперь, когда маятник будет совершать обратное движение, зубчик надавит на анкер и через стержень передаст усилие на маятник. Маятник при этом получает небольшую дополнительную энергию, что компенсирует имеющиеся у него потери на трение. Эта игра повторяется при каждом движении маятника. Таким образом, тормозное колесико движется в такт колебаниям маятника. Через несколько шестеренок оно соединено с минутной шестеренкой 7. Скорости промежуточных шестеренок рассчитаны таким образом, чтобы минутная шестеренка проворачивалась один раз в час, т.е. со скоростью большой стрелки, соединенной с минутной шестеренкой. И, наконец, шестеренки 8, 9 и 10 служат для того, чтобы маленькая стрелка двигалась в 12 раз медленнее, чем большая. Комбинацию из стрелок 8, 9 и 10 называют также стрелочным механизмом.

Недостатки маятниковых часов.

Как мы рассмотрели выше, время колебания маятника зависит от длины стержня и силы тяжести. Но длина металлического стержня может изменяться при изменении температуры, это изменение незначительное, но будет оказывать влияние на точность измерения времени. То же касается силы притяжения. Часы ближе к центру земли, на уровне моря и высоко в горах будут отсчитывать время не одинаково. Так же применение маятников часов на корабле практически невозможно, или очень затруднено. Но все эти проблемы были только на заре появления маятниковых часов. В процессе развития науки все проблемы были решены.

Давайте перенесемся на пару столетий назад – в период маятниковых часов. Только представьте: роскошная гостиная или кабинет, одну из стен которой украшают сказочно красивые маятниковые часы. Этот предмет интерьера был доступен не каждой семье – позволить себе это чудо часовой инженерии могли только богатые люди. Негромкий звук таких часов мерно разносился по кабинету, успокаивая владельца часов и напоминая о скоротечности времени.

Русская классика

Маятниковые часы были своеобразной реликвией, которую передавали по наследству и берегли, как зеницу ока. Счастливые обладатели такой конструкции постоянно заводили их, протирали с них пыль и следили за тем, чтобы они всегда показывали правильное время. Помимо эстетической функции, они еще и исполняли роль тайника – сколько секретов они хранят, не знает никто. История настенных хранителей времени насчитывает более 300 лет – они немного видоизменялись, но при этом основная функция оставалась неизменной.

Маятниковые настенные часы с боем

В 21 веке на наших стенах красуются более дешевые и доступные модели, которые можно купить в любом магазине хозяйственных товаров. Несмотря на это, многие люди предпочитают старые добрые маятниковые настенные часы с боем – они с легкостью вписываются в любой интерьер и сразу же притягивают внимание гостей. Элегантный внешний вид, дорогие сплавы, качественные породы дерева – стоят такие часы по-прежнему недешево.

Впрочем, в продаже можно найти относительно недорогие модели: они немного меньше по размеру, металлы более простые, а корпус выполнен из дуба или осины

История создания

Те из нас, кто смотрит новости, обращали внимание на циферблат часов, которые отсчитывают секунды до начала трансляции. Их же мы видим во время новогоднего обращения президента и других важных событий. Но мало кто знает о том, что это безумно популярные в свое время астрономические часы АЧФ-3 выдающегося российского конструктора Феодосия Федченко.

Астрономические часы

Появились они случайно – изобретатель даже не надеялся на такой результат. Во время работы в Харьковской лаборатории он изучал «Трактат о часах» нидерландского механика Христиана Гюйгенса ван Зейлихема. В свое время это была одна из самых популярных книг, в которой были изложены идеи по созданию идеальных маятниковых часов. Смысл был прост – если центр тяжести часов будет описывать часть циклоида, то колебания маятника будут показывать точное время. Немного непонятно? Тогда вернемся еще немного назад – во времена Галилео Галилея.

В 1853 году этот известный ученый слушал проповедь в Пизанском соборе и наблюдал за движением люстр на потолке. По возвращении домой он соорудил установку, которая позволяла исследовать колебания маятников. В их роли выступали простые свинцовые шарики, закрепленные на тонких нитках и подвешенные на прочную проволоку. Знакомое всем устройство, не правда ли? Сейчас их называют «шары Ньютона» и используют для снятия стресса. Но мало кто знает, что сама идея была взята из записей Галилео Галилея – Ньютон только слегка улучшил ее.

Шары Ньютона

Конструкция была создана, выводы о колебаниях маятника сделаны, и почти до самой смерти Галилей не вспоминал об этом изобретении. В конце жизни он решил усовершенствовать данную модель и дополнил ее счетчиком колебаний. Первые в мире маятниковые часы готовы! Гениальное изобретение, за которое в наши дни он получил бы Нобелевскую премию.

Сын Галилея создал первую модель маятниковых часов, но умер еще до того, как она получила широкое распространение. Вновь эта идея увидела свет уже спустя 100 лет – та же самая мысль пришла в голову Христиану Гюйгенсу, который довел устройство часового механизма с маятником до совершенства. Более того, именно он стал отцом такой занимательной науки, как «хронометрия». Так наступила эпоха маятниковых часов, продлившаяся более 300 лет. Да-да, первый предложил использовать маятник в часах Гюйгенс. И только потом его работу продолжили другие, не менее выдающиеся ученые.

Маятник в часах Гюйгенс

В 1921 году английский инженер Уильям Гамильтон Шорт изобрел первые маятниковые астрономические часы, которые моментально заслужили славу «самых точных в мире». Вплоть до 50-х годов 20 века они были любимчиками военных, моряков, различной направленности обсерваторий и научных институтов по всему миру. Всего за 34 года было выпущено более 100 экземпляров – сейчас они стоят баснословных денег, а найти их можно только в музеях и некоторых коллекциях ценителей антиквариата.

Маятниковые часы, которые изобрел Федченко

Теперь можно вернуться к Федченко. Изучив трактаты Галилея, Гюйгенса и Шорта, он загорелся идеей создания изохронного маятника (прибор, который позволяет установить время с точностью до секунды). На это он потратил – только вдумайтесь в эти цифры! – 25 лет собственной жизни! Он изобрел маятниковые часы тогда, когда уже были изобретены кварцевые, молекулярные и даже атомные измерители времени. Эти часы дают погрешность в одну секунду всего раз в 15 лет!

Благодаря высокой точности моделей, их до сих пор можно встретить в телецентрах и на космодромах: это идеальный прибор, позволяющий точно знать, который сейчас час

Как работают маятниковые часы?

Изначально им дали такое название потому, что основной регулирующей силой в них служит маятник. Существует несколько разновидностей часов:

• напольные;
• настенные;
• астрономические;
• электропервичные.

Кроме того, они делятся по типу двигателя, который запускает маятник:

1. Пружинные – характерны для настольных и настенных часов.
2. Гиревые – в настенных и напольных.

Многих людей интересует принцип работы маятниковых часов. Если говорить простым языком, то происходит это так: колебания маятника приводят к тому, что кинетическая и потенциальная энергии постоянно переходят одна в другую и обратно.

Маятниковые настольные часы Ориент

Например, механизм маятниковых часов Ориент работает именно таким образом. Если рассматривать этот процесс с точки зрения физики и хронометрии, то получается такая картина.

Любой часовой механизм оснащен специальным зафиксированным при помощи троса грузом, который проходит по валику и тем самым приводит в движение колеса. Это выработка энергии. Колесики взаимодействуют с тормозным колесом и анкером, а регулировка осуществляется при помощи маятника. После того, как анкер опустил тормозную шестеренку, происходит запуск тормозного колеса. При обратном движении зазубрина на тормозном колесе надавливает на анкер и передает усилие на маятник – такой процесс происходит непрерывно. Получается, что чем чаще колеблется маятник, тем чаще двигается тормозное колесо. При этом процессе минутная стрелка проворачивается один раз в час, а минутная стрелка движется в 12 раз медленнее, чем большая.

Механизм маятниковых часов

Как видите, ничего сложного – все основано на элементарной физике, которую большинство людей проходят в средней школе.

Как выбрать маятниковые часы?

В советские времена выбор был весьма ограничен, именно поэтому в большинстве домов красовались старинные маятниковые механические часы Янтарь. Натуральное дерево, аккуратное окошечко, негромкий бой – это уникальная модель, которую могли себе позволить абсолютно все. Часы работали на самой простой батарейке, которой хватало на год. Согласитесь, это очень удобно – завел один раз и забыл про это на 365 дней.

Старинные маятниковые механические часы Янтарь

В 21 веке нас окружает огромное количество разнообразных моделей – практически все крупные компании выпускают подобные измерители времени. Различные размеры, конструкции, материалы – выбор огромен. Давайте разберемся, на что обратить внимание при покупке идеальных маятниковых часов:

1. Размер. Если у вас небольшая квартира, стоит отдать предпочтение компактным моделям. В просторных помещениях идеально будут смотреться высокие (почти до потолка) часы со смотровым стеклом. Да, такая модель стоит недешево, но инвестиция того стоит – они будут радовать вас и ваших детей бесперебойной работой на протяжении многих десятилетий.
2. Материал. Обычно для создания используют натуральное дерево, металл или умело комбинируют эти два материала.

Делать выбор стоит исходя из ваших пожеланий, финансовых возможностей и места установки той или иной модели. Давайте разберемся, в чем преимущества модели из того или иного материала.

Настенные часы с маятником в деревянном корпусе

Деревянные часы обладают неповторимой энергетикой, создают в доме уют и комфорт. Их принято вырезать из дорогих пород дерева: дуба, ореха, вишни, красного дерева. Форма может быть любой – начиная от классической прямоугольной или квадратной, и заканчивая такими причудливыми геометрическими фигурами, как цилиндр или параллелограмм.

Настенные маятниковые часы Vostok

Большие напольные или настенные модели с маятником будут уместны в спальне, кабинете или гостиной. Для кухни больше подойдет Vostok – это русская классика. Эти компактные стильные часы выполнены в стиле 19 века: множество завитков, резные декоративные элементы, декоративные камни, качественные породы дерева.

Настенные часы из других материалов

Если деревянные модели вам не по карману, обратите внимание на эти варианты:

1. Смесь металла и дерева. Предпочитаете золотую середину? Этот вариант для вас. Обычно корпус выполнен из дерева, а декоративные элементы из металла. Они отлично впишутся в любой интерьер – эта модель и в самом деле универсальна.
2. Металлические. Эти модели больше подойдут для интерьеров в стиле лофт или хай-тек. Стальной блеск, изящные переливы – это идеальная модель для молодых людей и тех, кто привык выбирать для себя инновационные варианты дизайна помещения. Они будут отлично смотреться в прихожей или на кухне. Стоят они значительно дешевле деревянных, а срок службы примерно такой же.

Теперь вы точно знаете, как сделать правильный выбор и приобрести самые лучшие маятниковые часы для своего дома.

Металлические настенные часы с маятником

Как повесить правильно настенные часы?

Итак, вы пришли домой с покупкой и думаете, в каком месте она будет смотреться лучше всего. От их местоположения зависит то, насколько точно они будут идти и как долго прослужат. Есть несколько основных правил, которые стоит учесть:

1. Нельзя вешать и устанавливать возле дверей. Нарушение этого правила грозит тем, что они будут неточно показывать время.
2. Никаких перекосов. Часы должны висеть ровно.
3. Маятник задевает заднюю стенку. Ситуацию исправит спрятанный позади корпуса кусочек картона или дощечка.
4. Маятник далеко от задней стенки? Вам поможет дощечка за корпусом и крепко закрученные винты.

Как видите, это очень просто. При соблюдении всех нюансов установки, часы будут радовать вас идеальной работой и точным временем долгие годы.

Как настроить ход часов?

Часы установлены, осталось только запустить маятник в часах. Для этого совсем необязательно приглашать часовщика – вы вполне справитесь с этой задачей самостоятельно.

Настроенный ход маятниковых часов своими руками

Осуществляется настройка маятниковых часов очень просто: ставим часовую стрелку на ближайший час, а минутную стрелку устанавливаем на цифре 12. После этого вращаем до того момента, пока они не начнут показывать точное время. Остался еще один шаг – качаем маятник. Готово – теперь вы всегда будете знать точное время!

Как вы видите, регулировка хода маятниковых часов своими руками не требует никаких специальных навыков. Немного терпения, и ваши хранители времени порадуют вас равномерным боем и знанием того, который сейчас час.

Как ухаживать за настенными часами?

Такие модели очень неприхотливы в уходе – при правильном обращении проблем с ними не будет. Давайте разберемся, от чего зависит сохранность маятниковых часов:

1. Установка. Настенные экземпляры стоит подвешивать очень аккуратно, а сам корпус при этом должен располагаться идеально ровно. Решив установить маятниковые часы в невесомости, обращайтесь с ними так же нежно, как с хрустальной вазой – фиксация должна быть очень надежной.
2. Завод. Выставив точное время, запускаем пружину при помощи ключа. Поворот должен осуществляться строго по часовой стрелке! Заводить надо нежно и бережно – если вы будете совершать быстрые движения, то рискуете повредить нежный и хрупкий часовой механизм.
3. Звуки. Если вы слышите ровный звук, это знак того, что вы все сделали правильно. Слышите постукивания или пощелкивания? Стоит отрегулировать их еще раз.
4. Плотно закрытая дверца. В противном случае в механизм будет попадать пыль, и вам придется обращаться к специалисту, чтобы избавиться от нее.
5. Решили перевесить на другую стену? Вытащите маятник, закрепите часы на новом месте, верните маятник на место и произведите процедуру запуска часов.

В целом, настенные часы не требуют никакого серьезного ухода. Достаточно соблюдать эти правила, и звук отсчитываемого времени будет радовать вас на протяжении многих лет.

Маятниковые часы в невесомости

От чего зависит точность хода?

Точное время напрямую связано с числом колебаний маятника. Если маятниковые часы останавливаются, спешат или отстают, вам поможет простая регулировка. Для каждой ситуации у нас найдется свой совет:

1. Неточное время. Исправить это просто: достаточно переместить линзы на стержне маятника;
2. Отставание. Находим регулировочную гайку и перемещаем ее вверх;
3. Спешат вперед. Опускаем регулировочную гайку вниз. Впрочем, есть ряд проблем, которые невозможно решить этим способом – неполадка может заключаться в слишком маленьком корпусе, реакции на перепады температурных режимов или износе запчастей.
4. Остановились. В этом случае вы бессильны, и помочь вам может только специалист. Не пытайтесь устранить эту проблему самостоятельно!

Говорят, что настенные часы спешат только тогда, когда вы находитесь в напряжении и постоянно куда-то торопитесь. Перестав все время бежать по кругу, вы сможете наладить работу своих часов, тогда они будут идти плавно и ритмично. При бережном уходе и соблюдении всех перечисленных выше требований ваши часы станут практически вечным украшением вашего дома.

Точность хода маятниковых часов

Настройка боя часов

Любые модели маятниковых часов требуют постоянной заботы, ведь именно от этого зависит то, насколько точно они будут идти и как долго прослужат.

Для некоторых моделей характерно небольшое отклонение – в сутки оно может составлять до 30 секунд

Высчитать неточность просто: берем разницу в точности хода и делим ее на то количество суток, в которые она происходила. Так, если отставание за пару дней составило около четырех минут, то за сутки эти цифры вырастают до целых 120 секунд.

Исправить неточность легко: поворачиваем регулировочный болт на несколько (обычно хватает трех) оборотов – готово.

Настенные маятниковые часы украшают помещение

Маятниковые часы – вечное украшение вашего дома, которое наполняют атмосферу праздником и волшебством. Такие часы станут отличным подарком, который создаст дополнительный комфорт и уют в любой квартире. Это так называемая вечная классика, которая никогда не выйдет из моды!

24 сентября 2018, 19:04

Дополнительная скидка +8% на все украшения SUNLIGHT при доставке (промокод «стиль8»)

Действует только при онлайн-заказе до 30.11.2020. Скидка не распространяется на золотые цепи, цепочные браслеты,
золотые обручальные кольца, акционные товары и товары Хит-цена. Не суммируется с остальными скидками.