На основании проведенных экспериментов Галилей пришел к выводу, что время колебаний остается практически неизменным. Если бы у него были современные высокоточные часы, он мог бы заметить, что между длинными и короткими колебаниями все же существует небольшая разница, однако она настолько мала, что почти не ощущается.
Разнообразие маятниковых часов
Давайте перенесемся на несколько веков назад — в эпоху маятниковых часов. Представьте: роскошная гостиная или кабинет, где одну из стен украшает великолепный маятниковый часовой механизм. Этот элемент интерьера был доступен лишь немногим, так как только состоятельные семьи могли позволить себе такое чудо часового искусства. Мягкий звук маятника заполнял комнату, успокаивая владельца и напоминая ему о неумолимо ускользающем времени.
Часы с маятником представляют собой ценную реликвию, которую можно передавать из поколения в поколение и использовать как элемент декора. Их владельцы бережно заводят механизм, регулярно очищают от пыли и заботятся о том, чтобы устройство всегда показывало точное время. Кроме своей эстетической роли, такие часы также выполняют скрытую функцию — никто не знает, сколько секретов может находиться внутри них. История настенных часов насчитывает более трехсот лет; они претерпели некоторые изменения, однако их основная задача осталась прежней.
Настенные часы с маятником и курантами
В XXI веке можно найти более экономичные и доступные варианты, которые легко приобрести в любом хозяйственном магазине. Тем не менее, многие люди отдают предпочтение классическим настенным часам с маятником и выразительными курантами. Эти часы прекрасно вписываются в различные стили интерьеров и заметно выделяются на фоне других предметов декора. Несмотря на их изысканный вид, использование дорогих сплавов и высококачественных древесных материалов оправдывает их стоимость.
Однако существуют и относительно доступные модели: они имеют меньшие размеры, менее сложные металлические конструкции, а корпус чаще всего выполнен из дуба или тополя.
История создания
Те из нас, кто интересуется новостями, могли заметить часы, таймер которых отсчитывает время до начала передачи. Мы также наблюдаем их во время новогодних поздравлений президента и в ходе других значимых событий. Однако лишь немногие знают, что эти астрономические часы АЧФ-3 были созданы выдающимся российским дизайнером Феодосием Федченко и пользовались большой популярностью в свое время.
Астрономические часы
Создание астрономических часов стало неожиданным открытием для их изобретателя, который и не предполагал добиться такого результата. Изучая «Трактат о часах» голландского инженера Христиана Гюйгенса ван Зейлихема в своей лаборатории в Харькове, он столкнулся с концепциями, связанными с идеальными маятниковыми часами. Эта книга пользовалась большой популярностью и содержала основные идеи о работе таких часов. Принцип был довольно прост: если центр тяжести механизма движется по части круговой траектории, то колебания маятника смогут точно отображать время. Звучит немного сложно? Давайте вернемся к эпохе Галилео Галилея для лучшего понимания.
В 1853 году знаменитый ученый присутствовал на проповеди в соборе города Пиза, где обратил внимание на колебания люстр, свисающих с потолка. После того как он вернулся домой, он создал устройство для исследования движения маятников. Эти маятники состояли из простых свинцовых шариков, прикрепленных к тонким нитям и подвешенных на прочных проводах. Знакомая конструкция, не правда ли? В нашем времени их именуют «мячи Ньютона», и они часто используются для снятия напряжения. Однако мало кто знает, что первоначально эта концепция принадлежала Галилео Галилею, а Ньютон лишь немного доработал ее.
Шары Ньютона
Конструкция была завершена, и сделанные выводы о колебаниях маятника позволили получить новые знания. Галилей вспомнил об этом изобретении только незадолго до своей смерти. В последние годы своей жизни он решил доработать эту модель и добавил счетчик колебаний. Так появились первые в мире маятниковые часы! Это был бы гениальный вклад, за который его, безусловно, признали бы лауреатом Нобелевской премии.
Сын Галилея создал первичную модель маятниковых часов, но не дожил до момента, когда они стали популярными. Лишь спустя столетие данная идея вновь привлекла внимание — ее развил Христиан Гюйгенс, который значительно усовершенствовал конструкцию механизма с маятником. Более того, именно он стал основоположником увлекательной науки «хронометрия». Таким образом, началась эпоха маятниковых часов, которая продолжалась свыше трехсот лет. Да, именно Гюйгенс первым предложил использовать маятник в наручных часах, а затем его работу продолжили другие выдающиеся ученые.
Маятник в часах Гюйгенса
В 1921 году английский инженер Уильям Гамильтон Шорт создал первые астрономические маятниковые часы, которые сразу же заслужили репутацию «самых точных в мире». К 1950-м годам эти часы стали излюбленными среди армий, флотов, обсерваторий и исследовательских институтов по всему миру. За короткий период в 34 года было произведено более 100 экземпляров, которые сегодня обладают невероятной ценностью и могут быть найдены лишь в музеях и у некоторых коллекционеров антиквариата.
Принцип работы маятниковых часов
Название этих часов объясняется тем, что их механизм основан на работе маятника, который выполняет функцию главного регулятора времени. Существует несколько разновидностей таких часов:
- дедушкины часы,
- настенные часы,
- астрономические часы,
- электрические часы.
Также они различаются по типу механизма, который приводит в движение маятник:
- Весенние часы — особенности настольных и настенных часов.
- Гири — в настенных и старинных часах.
Множество людей интересуются, как функционируют маятниковые часы. Иными словами, процесс заключается в том, что колебания маятника приводят к постоянному обмену кинетической и потенциальной энергией между друг другом.
Настольные часы с маятником марки Ориент
К примеру, механизм восточных маятниковых часов функционирует именно таким образом. Если проанализировать этот процесс с учетом физики и измерения времени, то можно увидеть такую картину.
Каждый механизм часов оснащен специальным грузом, который закреплен на веревке, скользящей по шкиву. Этот процесс приводит в движение колесные механизмы и генерирует энергию. Колеса взаимодействуют с тормозным колесом и якорем, что регулируется маятником. Когда якорь опускает тормозную шестерню, активируется тормозное колесо. В ходе возвратного движения выемка в тормозном колесе воздействует на якорь и передает усилие на маятник — этот процесс осуществляется непрерывно. Это означает, что чем чаще маятник колеблется, тем быстрее вращается тормозное колесо. Во время данного процесса минутная стрелка делает один оборот за час, при этом она движется в 12 раз медленнее, чем часовая стрелка.
Движение маятниковых часов
Как вы можете заметить, здесь нет ничего сложного — все основывается на простой физике, которую большинство изучает в школе.
Слуги, зажигающие свечи в люстрах, вероятно, столкнули ее, и тяжелая люстра начала медленно колебаться. Галилей начал замечать это явление: раскачивание люстры постепенно становилось все менее выраженным, но при этом Галилею казалось, что продолжительность одного полного колебания оставалась стабильной.
Истоки
В античные времена люди внимательно следили за движением солнца и луны, чтобы установить время и даты. Солнечные часы, известные также как теневые часы, стали первыми механизмами для отслеживания текущего времени. Более пяти тысячелетий назад в Древнем Египте были сооружены обелиски, которые стали первыми устройствами, использующими системы AM и PM. Египтяне разработали различные инструменты для учета времени, включая песочные часы. Это устройство представляло собой цилиндрический контейнер, из которого равномерно вытекала струя воды.
Со временем появились новые варианты измерителей, такие как часы с песком и свечами, и поиски идеального метода хронометража продолжались.
Революционные изобретения
Механические часы появились в тринадцатом и четырнадцатом веках, становясь отличительной чертой башен итальянских городов. Их работа основывалась на движении гири. Вращающийся деревянный вал способствовал подсчету времени. Этот вал функционировал благодаря постепенному разматыванию веревки под воздействием тяжести камня (по принципу гирь). Период колебаний определялся величиной применяемой силы, а жесткие элементы имели значительный вес, что затрудняло регулирование скорости. Ученые Средневековья пришли к пониманию необходимости управления не только с помощью гирь.
Официальной датой «рождения» первых механических часов считается 1335 год, когда они были установлены в завершенной башне дворца виконта в Милане.
Кто является изобретателем
Согласно историческим источникам, механические часы с жидкостным механизмом были впервые созданы в Китае в 725 году. Информация о личностях изобретателей, которые участвовали в разработке первых механизмов, не сохранилась. Однако удалось обнаружить более современные данные.
Сохранился эскиз Виллара де Оннекура, датируемый XIII веком, который изображает простую систему эвакуации. Знаменитый мастер Микулаш из Кадани, Чехия, спроектировал механизм для астрономических часов в Праге в 1410 году.
Итальянец Джунелло Турриано занимался проектированием часовых башен, которые отображали движение солнца, луны и планет. Джованни Донди описал модель с семью циферблатами.
