Что измеряют хронометром в океане
Морской хронометр
Смотреть что такое «Морской хронометр» в других словарях:
Хронометр — Морской хронометр 6МХ, выпущенный на МЧЗ им. Кирова (музей Kymenlaakso Polytechnic, г. Котка, Финляндия) Хронометр (от др. греч. χρόνος «время» и … Википедия
ХРОНОМЕТР — (Chronometer) пружинные часы тщательной выделки, предназначенные служить для точного определения промежутков времени. Установленный по времени какого нибудь начального меридиана, обычно Гринвичского, от которого ведется счет долгот, X. дает… … Морской словарь
Хронометр — (chronometer)Chronometer, особо точные переносные часы, ход которых практически не зависит от движения, колебаний температуры, влажности и атмосферного давления. С его помощью можно определять долготу местонахождения судна в море, сравнивая… … Страны мира. Словарь
Спусковой механизм часов — Простейший спусковой механизм часов. Гиря или пружина вращает шестерню, и она с помощью механизма спуска толкает маятник то в одну, то в другую сторону. Спусковой механизм часов (на языке часовщиков: спуск, ход) (фр. échappement, англ. escapement … Википедия
Гринвичская обсерватория — Гринвичская королевская обсерватория Оригинал названия Royal Greenwich Observatory … Википедия
Международное атомное время — (TAI, фр. Temps Atomique International) время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. С появлением в 1955… … Википедия
ISO 8601 — ISO 8601 международный стандарт, выданный организацией ISO (International Organization for Standardization), который описывает формат даты и времени и даёт рекомендации для его использования в международном контексте. Название нормы … … Википедия
Время суток — Сюда перенаправляется запрос «24 часовой формат времени». На эту тему нужна отдельная статья. Время суток широко используемый на Земле способ исчисления времени, основанный на изменении положения солнца на небе, приблизительно являющемся… … Википедия
Корабельный хронометр: краткая история навигации
Морской хронометр – это не просто прибор, по которому кок может узнать, в котором часу подавать обед. Исторически это устройство несло значительно более важную функцию – без помощи хронометра невозможно было определить долготу, а значит – точное местоположение корабля. Иначе говоря, от времени зависела навигация и – жизнь моряков.
Глава 1. Море времени
Дело в том, что широта – это абсолютная величина, то есть доля расстояния от экватора до полюса. А вот долгота «эфемерна», отсчитывается она от определённого меридиана, и за ноль можно принимать любой пункт (занятно, что разные страны в разное время считали нулевыми совершенно разные меридианы). Когда корабль находится близ обозначенного на карте берега, определить долготу можно, но в открытом море это сугубо расчётная величина, при измерении которой ко всему прочему не от чего оттолкнуться.
В 1530 году нидерландский математик Фризиус Реньер Гемма предложил относительно простой способ определения долготы с помощью угла нахождения Солнца (днём) или Полярной звезды (ночью) над горизонтом в строго определённое время, например, в полдень или полночь. При этом точность измерения угла была достаточно высока, а вот приблизительное понимание полудня приводило к значительным погрешностям. Плюс-минус несколько временных минут могли дать несколько градусов погрешности – а при плавании на большие расстояния это означало отклонение на десятки и сотни миль! Проблема была столь значима, что в 1714 году британский парламент учредил специальный орган – Комиссию долгот, единственным назначением которой было поощрение изобретательства, направленного на решение задачи.
Создание абсолютно точных морских часов упиралось в несколько вопросов. Во-первых, высокая влажность, солевые испарения, изменение давления и так далее приводили к механическим изменениям элементов механизма. Они истирались, деформировались, ломались. А во-вторых, что более значимо, обычный маятник, работающий за счёт гравитации, в плавании функционировал не очень хорошо: в зависимости от области плавания разница в гравитационных силах, воздействующих на него, могла достигать 0,2%. И, конечно, корабль постоянно качало.
Первые попытки создать морской хронометр, работающий независимо от качки и прочих факторов, были предприняты в конце XVII века. Известны разработки Христиана Гюйгенса, Уильяма Дерема и других учёных. Но в уже упомянутом 1714 году свежеобразованная Комиссия долгот учредила приз в 10 000 фунтов (впоследствии сумму подняли до 20 000 фунтов) за разработку подобных часов – и за дело взялись обычные часовщики. Судите сами: на наши деньги это от 2 до 4 миллионов фунтов стерлингов!
Преуспел в итоге английский часовщик-самоучка Джон Гаррисон. Они с братом Джеймсом были специалистами по «часовым шкафам», большим напольным часам с длинными маятниками. За «тендер» Гаррисон взялся в 1730 году в возрасте 37 лет, и свой первый морской хронометр, известный ныне как H1, продемонстрировал в 1736-м. В том же году он совершил испытательное плавание из Лондона в Лиссабон на паруснике «Центурион» и обратно на другом корабле «Орфорд» (из-за того, что капитан «Центуриона» внезапно скончался в Лиссабоне). По прибытии время сверли с «образцовым» экземпляром – отклонение всё-таки было, хотя и не очень большое. Гаррисон понял, что работа не так проста, и с первой попытки решить вопрос не удастся.
Гаррисон разработал модель H2, которую планировали испытать при плавании через океан, но испытания отменили из-за начала войны между Англией и Испанией, а пока шли боевые действия, часовщик начал строить вариант H3, ещё более совершенный. В нём он впервые в истории часового искусства применил подшипники и биметаллические детали, позволяющие компенсировать температурные расширения.
Мы не будем подробно рассказывать о дальнейшем пути Гаррисона – об этом написана не одна книга. Скажем лишь, что те самые знаменитые часы H4, которые в итоге решили проблему морского хронометража, он закончил в 1761 году в возрасте 68 лет, а несколькими годами позже показал модель H5, которая была официально признана Комиссией долгот работающей. В 1772 году престарелый Гаррисон, наконец, получил свой приз, не считая более 4000 фунтов (на наши деньги – около миллиона фунтов), выделенных ему за эти годы на разработки.
Часы Гаррисона распространились по миру – они стояли на кораблях исследователей, в частности, Джеймса Кука, и на военных судах. Сегодня на оригиналы работы Гаррисона и его наследников можно посмотреть в Музее науки и техники в Лондона, в Гринвичской обсерватории и ряде других музеев.
Оставалось одно «но». Морские часы Гаррисона были сложным и дорогих механизмом. Делать такие часы умели считанные часовщики, и очень небольшой процент кораблестроителей оборудовали свои суда морскими хронометрами подобной точности. Вплоть до середины XIX века морские хронометры трудно было назвать серийной продукцией – а требовалось их очень много, в особенности когда Англия первой издала указ об обязательной установке этих устройств на все военные и гражданские суда. Вот тут-то и появился Улисс Нардан.
Глава 2. Вежливость королей
Леонард-Фредерик Нардан был одним из многих швейцарских часовщиков начала XIX века. Швейцария тогда начинала набирать силу, выходя в лидеры мирового производства хронометров и перехватывая это знамя у доминирующих британцев. Главным часовым городом материковой Европы была Женева. Темпы роста швейцарцев были неимоверными. Сравните: за 1800 год Швейцария и Англия произвели равное количество, по 200 000 часов, а полвека спустя, в 1850-м, Англия выпустила всё те же 200 тысяч, а Швейцария – 2 200 000 устройств!
В первую очередь это было связано с «серийной революцией»: швейцарцы начали отходить от традиционного принципа производства, семейного дела. До того часовщики, конечно, объединялись в профсоюзы, но работали сами по себе, делали всё в одиночку – от механизма до росписи циферблата, обучали тайнам мастерства детей, и, по сути, были ближе к ювелирному делу, нежели к механическому производству, где уже давно правили бал артели и мануфактуры. В первой половине XIX века Швейцария постепенно перешла к мануфактурной схеме работы, при этом не потеряв высочайшего качества, создавшего славу их продукции.
Леонард-Фредерик был классическим часовщиком. На его работах стояла личная маркировка, и свои умения он передал сыну, Улиссу, родившемуся в Ле-Локле 22 января 1823 года. Ле-Локль тогда не был часовой столицей мира (как уже говорилось, ей была скорее Женева), но ряд часовщиков там работал. В Швейцарии в принципе не было городка, где бы не работало хотя бы несколько часовщиков. К слову сказать, часовую индустрию в Ле-Локле ко всему прочему сильно «подсекла» Великая французская революция. Из-за приграничного положения городка там было много сочувствующих якобинцам, и швейцарские власти проводили репрессивную политику во избежание революции; целый ряд сильных часовщиков эмигрировали во Францию, в основном – в Безансон.
Но вернёмся к Улиссу Нардану и морским хронометрам. Улисс продолжил дело отца – но уже на новый лад. В 1846 году он вопреки семейным традициям основал мануфактуру с наёмными работниками. Назвал он её, как и следовало, собственным именем – Ulysse Nardin. Мануфактура сходу начала работать в двух направления – карманных и морских часов. Карманные часы всегда пользовались спросом и обеспечивали прибыль, морские – сулили контракты с армией.
В 1860 году Улисс внедрил в работу специфический прибор – астрономический калибратор высокой точности, позволявший откалибровать карманные часы до десятых долей секунды. Это устройство изобрёл в начале века «отец швейцарских часов» Жак-Фредерик Урье, но оно практически не применялось для обычных хронометров. Спешим напомнить, что в то время часы нередко не имели даже минутной стрелки, а на вопрос «который час» вполне корректным считался ответ «да где-то полдень».
Что измеряют хронометром в океане
Лайнер-легенда «Титаник» запись закреплена
Что такое хронометр и зачем он нужен на судне?
Хронометр был неотъемлемой и важнейшей частью навигационного оборудования, используемого на всех судах. Благодаря хронометру, помимо основной задачи, а именно ориентации во времени, можно было рассчитывать долготу, которая измеряется по разнице между местным временем астрономического события и временем того же события на долготе обсерватории Гринвича.
С давних времен было очень сложно найти долготу, в отличие от широты, которая находилась очень просто – достаточно иметь на борту секстант и несколько таблиц. Первые хронометры появились на кораблях в середине 18 века, но были очень дорогой и редкой техникой. С конца 19 века они стали входить в широкий обиход. До нашего времени конструкция практически не изменилась, но была вытеснена с приходом более точных, кварцевых, а затем атомных часов и GPS, ГЛОНАСС-навигации.
Хронометр имеет 4 стрелки, которые показывают часы, минуты, секунды и время хода с последнего завода, 12-часовой циферблат, секундный циферблат и циферблат запаса хода, составлявшего 56 часов. На борту «Титаника» в штурманской были установлены два хронометра Ливерпульской фирмы Joseph Sewill. Впоследствии один хронометр был поднят, стрелка на нем остановилась в 12:39 ночи.
ИСТОРИЯ ON-LINE
ЧАСЫ И МОРЕПЛАВАНИЕ.
Тысячи моряков погибли, прежде чем был найден способ определения своего местоположения в море. Но гений британского часовщика Джона Гаррисона изменил эту ситуацию.
Сегодня навигация имеется в автомобилях, смартфонах и некоторых часах, которые вычисляют собственные координаты. Хронометры по точности соревнуются в тысячных и миллионных долях секунды, а их настройку можно сравнить с настройкой музыкальных инструментов, большой выбор которых можно найти в московских магазинах. Перейдя по ссылке https://www.plan1.ru/moscow/section/muzykalnyemagaziny_38 можно узнать их адреса и контакты. Но как связаны часы, мореплавание и навигация?
Хотя Британская империя в начале 18 века уже была серьёзной морской державой, ни моряки Королевского флота, ни моряки других стран, не имели надежного способа определения своего местоположения в открытом океане. Эта проблема, была особенно серьезна в плохую погоду, когда невозможно было определить положение Солнца, Луны или звезд.
Навигация и знания о Земле всё ещё были достаточно поверхностны. Из-за этого, Британия несла огромные потери, как материальные, так и человеческие. В 1707 году британский флот вернувшись из Франции, попал в густой туман в западной части Ла-Манша. Капитан ошибочно определил расположение острова Усан, и взял неверный курс. В результате чего корабли напоролись на камни у самого английского побережья. Четыре судна было разбито, 1647 матросов утонуло. Спаслось только 26 человек.
Понятия широты и долготы восходят к древнегреческим математикам и астрономам, которые предполагали, что земля имеет сферическую форму. Они были введены во 2-м веке до н.э. Гиппархом Никейским. Работы Гиппарха оказали сильное влияние на «отца картографии» Клавдия Птолемея. Чтобы определить долготу места на карте известного в то время мира, он использовал теорему Пифагора для решения прямоугольного треугольника.
Эти данные были не очень точны из-за недостаточных знаний о форме и размерах Земли. Никто не знал наверняка, каков диаметр планеты, или длину одного градуса меридиана. Но способ измерения долготы, основанный на разнице во времени, был придуман ещё древними греками.
Поскольку Земля вращается, то чем дальше мы движемся на запад от начальной точки, солнце восходит всё позже и позже. Поэтому время, например, в Нью-Йорке, отличается на 5 часов от лондонского. Если 360 градусов окружности экватора, разделить на 24 часа, за которые Земля делает один полный оборот, то каждый градус будет содержать 4 минуты реального времени. Иными словами, за 4 минуты Земля поворачивается на 1 градус. Таким образом, местное время, на противоположной стороне земного шара будет отличаться на 180 градусов от вашего реального положения. 4×180 = 720 минут или 12 часов разницы с вашим временем.
Свою долготу можно вычислить достаточно точно, если знать текущее местное время и астрономическое время на нулевом меридиане. Текущее время можно вычислить по солнцу в астрономический, или истинный, полдень, который определяется как середина отрезка времени между положениями солнца на одной и той же высоте в первой и второй половине дня. Пересчитав разницу местного времени и времени на нулевом меридиане в градусы, можно получить сдвиг по долготе. Но как определить время на нулевом меридиане?
Этот метод очень хорош, когда есть точные часы. Но в начале 18 века, когда часы шли с разумной точностью, определение точных промежутков времени, было всё ещё очень серьёзной проблемой. В 1656 году Христиан Гюйгенс изобрел тактовый маятниковый механизм, значительно улучшив точность хода. В 1675 году он запатентовал спусковой балансир, воплотив оригинальную идею Роберта Хука, который до сих пор находит применение в часовом деле.
Но после испытаний, проведенных с маятниковыми часами Гюйгенса в 60-х годах, стало понятно, что из-за качки корабля, результаты измерений не являются надежными. Часы со спусковым крючком, даже не стали проверять. Кроме того, точность часов зависела от колебаний температуры. Маятник и пружины с изменением температуры расширялись или уменьшались, снижая точность хода.
В 18-м веке появляются новые, значительно улучшенные телескопы. В то же время повышается точность таблиц лунных затмений, особенно в мореходном альманахе, выпущенном Королевской обсерваторией Гринвича в 1767 году под редакцией королевского астронома Невила Маскалина. Отчасти, благодаря этим таблицам, Гринвич стал тем местом, где прошёл нулевой меридиан. Это решение было принято в ходе международной конференции в 1884 году. Но всё-таки, большинство ученых и мореплавателей предпочитали астрономическому вычислению, способ определения долготы по времени, как более надёжный.
Решая проблему температуры, он создает маятник, длина которого не зависела от её изменений. В 1726 году Гаррисон разрабатывает часовой механизм, у которого отклонение было не более чем на секунду в месяц в течение 14 лет. Этот механизм привлек внимание королевского астронома Эдмонда Галлея и ведущего британского часовщика Джорджа Грэма. Последний даже профинансировал создание первого хронометра Харрисона, известного как H-1. Он был завершен в 1735 году и оснащен пружинными балансирами вместо маятника.
Этот хронометр был направлен для испытаний в море неподалёку от Лиссабона. На обратном пути, при помощи H-1, Гаррисон скорректировал курс почти на 100 морских миль, что спасло корабль, и позволило ему не сесть на мель у Британских островов. Это достижение впечатлило Королевское географическое общество, которое поручило Комиссии долготы, оказать Гаррисону финансовую поддержку и обязало его построить четыре новых хронометра в ближайшие десять лет.
Это достижение отвечало всем требованиям, предъявленных Комиссией Долготы к точности, и Гаррисон мог претендовать на премию 20 тысяч фунтов, огромную по тем временам сумму. Но астрономы не были полностью удовлетворены, и Комиссия придержала премию, выплатив лишь её часть, обязав Гаррисона провести ещё несколько испытаний.
1770 году, сын Гаррисона, продолжая дело отца, в своей обсерватории в Ричмонде, создал хронометр Н-5. В начале, параметры нового секундомера оказались не очень убедительными, из-за близко расположенных магнитов. После их удаления, Н-5 показал отклонение всего 1/3 секунды в сутки. В 1772 году Гаррисон обратился к королю Георгу 3 с просьбой разрешить ему закончить испытания хронометров и выполнить требования комиссии.
Обзоры и информация
 |
Среди сонма тикающих устройств, воплотивших изящество инженерной мысли и дизайнерского искусства, особняком стоят самые точные и одни из самых интересных по конструкции часы морские хронометры.
До появления морских хронометров первооткрыватели не знали, как снова отыскать среди морей свои великие находки
Их история, насчитывающая более трех веков, полна тайн, страстей и интриг. В эпоху борьбы за морское господство искусство их создания было среди самых оберегаемых государственных тайн, а правительства сулили часовщикам огромные деньги за изобретение наиболее совершенных приборов.
Блуждая, например, в горах или по лесу, можно заметить выдающиеся валуны или деревья и описать свой путь от ориентира к ориентиру. Море же коварно стирает волнами след корабля, и, оказавшись посреди водного пространства, остается поручить свою судьбу лишь Солнцу и звездам.
Так, собственно, и поступали древние мореплаватели, определяя направление своего движения с севера на юг и наоборот, а также широту места, где находился их корабль. Они знали, что Земля вращается, а Полярная звезда, в отличие от других светил, неподвижна на небосклоне. Они ведали, что отправившись к южному горизонту, достигнешь жарких стран. Опыт научил их, что оставшееся до цели расстояние можно примерно определить, измерив угол между Полярной звездой и горизонтом.
Сложнее было разбираться с плаванием на запад и обратно. Вращение Земли все время «сдвигает» звезды (за час наша планета поворачивается на 15 градусов), и в этом случае они становятся плохим ориентиром.
В 1514 году нюрнбергский ученый Иоганн Вернер разработал метод определения долготы, основанный на наблюдении за движением Луны, а Галилео Галилей в 1616 году метод вычислений на основании положения спутников Юпитера. Однако и то и другое требовало оснащения корабля телескопом, специальными инструментами и таблицами. В море же зачастую выходили «флибустьеры и авантюристы», не подготовленные к столь серьезным исследованиям.
В 1510 году испанец Санто Крус предложил простой и доступный способ определения географических координат корабля в море: взяв за точку отсчета какое-либо место на Земле (например, сейчас такой точкой считается английский Гринвич) и имея очень точные часы, вести расчеты, принимая во внимание время в исходной точке и местное время. Умноженная на 15 разница между ними как раз и равна долготе.
Однако необходимы были точные часы, способные работать в специфических условиях качки, перепадов температуры, давления, влажности и разной на разных широтах силы тяжести. Ведь стоит находящимся на экваторе часам поспешить или опоздать всего на одну секунду, и расчеты долготы корабля дадут ошибку в 400 м.
Почти три века лучшие умы человечества работали над созданием и совершенствованием часов для мореплавателей. При этом двигала ими не только пытливость. Немалую роль сыграло «материальное стимулирование». Морские державы не хотели больше терпеть огромные потери из-за слабого развития штурманского дела (за 1707 год Англия потеряла четыре корабля и около двух тысяч человек). И в 1714 году британский парламент объявил приз для создателя устройства, которое могло бы определять долготу судна в любой точке Земли с точностью в полградуса. Максимальная сумма (за точность в полградуса при плавании из Англии в Индию) была предложена фантастическая, как по тем, так и по нынешним временам, 20 тыс. фунтов стерлингов (около двух миллионов сегодняшних долларов США).
Интриги британского двора
Тысячи часовых мастеров начали борьбу за точность и надежность часов, способных работать на корабле. Наиболее целеустремленным и терпеливым оказался английский мастер Джон Харрисон. Поначалу он был плотником, но затем увлекся починкой и конструированием часов и более сорока лет отдал разработке морских хронометров. Однако ему, создателю четырех моделей, ставших прообразом морского хронометра, пришлось немало пережить до 1773 года, когда после его жалобы самому королю Георгу III английское правительство решилось расстаться с обещанными деньгами.
К 1735 году мастер представил Королевскому обществу свой первый опыт уникальные по конструкции, но огромные и тяжелые (более 35 кг) часы. Выявив при испытаниях 150-мильную ошибку в определении положения судна, они все же не соответствовали одному из условий конкурса «практичности».
Через четыре года Джон Харрисон представил более усовершенствованную (но и более тяжелую) модель, испытаниям которой помешала Семилетняя война. А в 1757 году жюри конкурса потребовало, чтобы хронометр был достаточно небольшим по размерам и весу.
Изобретатель справился и с этим. Новая модель была всего 12см в диаметре. Наверное, он уже слышал звон монет, от получения которых его отделяли только морские испытания на маршруте Портсмут (Англия) Порт-Ройал (Ямайка). Однако повреждения хронометра, вызванные жестоким штормом на обратном пути, стали поводом отказать в выдаче вознаграждения, хотя по пути на Ямайку прибор дал погрешность всего в одну минуту пять секунд, что соответствовало 18милям (условия конкурса требовали не более тридцати).
Причиной же было то, что в состав большого жюри входили некоторые конкуренты Харрисона, надеявшиеся использовать задержку выплаты для завершения своих работ. Однако отказать ему в повторных испытаниях они не смогли. И пятимесячное путешествие, за время которого часы ошиблись только на 15 секунд, подтвердило приоритет Харрисона. И все же понадобилось еще девять лет обивания бюрократических порогов и еще одна модель хронометра, выполненная мастером в 78 лет, прежде чем «награда нашла героя». А мореплаватели и ученые поверили в метод перевозки часов для определения географической долготы.
Пружинка против маятника
К началу XVI века появились механические часы, указывавшие не только время, но и фазы Луны, положение планет и звезд, управлявшие движениями сложных фигур. Вот только точность часов оставалась практически той же, что и за 500 лет до того ±30 минут в сутки. А для определения долготы нужны были приборы, ошибка которых не должна была превышать десятых долей секунды в сутки.
Почему же первые механические часы давали столь неправильные показания? Все дело в конструкции устройства, отвечающего за точность, в современных часах называемого осциллятором. В природных «часах» точность задает сама Земля, равномерно вращающаяся вокруг своей оси. Отражением этого движения является изменение положения тени (солнечные часы) или звезд на небосводе (звездные часы). В любых других часах задатчик точности необходимо создать человеку. Но такого совершенного устройства не было вплоть до XVII века. Переворот совершили два знаменитых ученых Галилео Галилей и Христиан Гюйгенс, открывшие законы колебания маятника и создавшие независимо друг от друга первые маятниковые часы.
Период колебания маятника зависит только от его длины. Все остальные параметры, масса, материал (сталь, дерево, стекло, камень и т. д.), не влияют на равномерность движения. Галилей доказал законы маятника экспериментально, Гюйгенс же дал математическое обоснование.
Но и изобретение маятника, и использование гиревого двигателя не помогли создать хронометр. Как ни старался Гюйгенс сделать морские часы с таким механизмом, ничего не получалось: в штиль они еще работали, но при малейшем волнении останавливались. Нужны были другой задатчик точности и другой двигатель.
Во второй половине XVII века закипели страсти вокруг основополагающего открытия, позволившего наконец создать осциллятор, способный работать в море, в карете или в кармане. В 1675 году Гюйгенс создал первые часы с колебательной системой «баланс спираль».
Баланс представляет собой маховое колесо, снабженное достаточно длинной спиральной пружиной «волоском». Пружина сообщает балансу изохронные колебания (колебания, частота которых не зависит от амплитуды). Волосок прикреплен одним концом к оси баланса, другим к стойке, соединенной с корпусом часов. Когда баланс выводится из положения равновесия, то под действием упругости волоска он начинает колебаться вправо и влево вокруг своей оси подобно тому, как колеблется маятник под действием силы тяжести.
Однако колебательная система «баланс спираль», так же как и мaятник, подвержена влиянию температуры. Например, при изменении температуры изменится длина спирали и размеры баланса, а значит, и частота колебаний баланса и точность часов.
Первым попытался устранить влияние температуры на ход часов Джон Харрисон. К волоску баланса он присоединил решетку, состоящую из четырех коротких латунных и двух длинных стальных стержней. При изменении температуры стальные и латунные прутки сжимаются или удлиняются в противоположных направлениях, и общая длина волоска остается постоянной.
А французский конструктор Пьер Леруа создал баланс, состоящий из двух неполных полуколец, каждое из которых спаяно из двух полосок наружной латунной и внутренней стальной с небольшими грузиками на концах. При увеличении температуры латунная полоска, расширяясь сильнее стальной, загибается внутрь и приближает грузик к оси баланса, что ведет к уменьшению момента инерции.
Улитка, кузнечик, два баланса
Если не подталкивать баланс, он в конце концов остановится. Но даже если подталкивать (что и делает пружина), то он движется колебательно, а часовой механизм вращательно. Поэтому между балансом и последней, самой быстровращающейся, осью механизма есть «посредник» ход, или спуск.
Его роль заключается в сообщении часовому механизму правильного, через строго определенные промежутки времени повторяющегося, движения и в поддержании колебания самого баланса. Есть хода, называемые несвободными, в которых баланс в течение почти всего времени колебания находится в контакте с ходовым колесом. В этом случае из-за трения зубца ходового колеса о движущуюся часть баланса правильность колебаний последнего нарушается. Но есть и целый класс так называемых свободных ходов. В них баланс сцепляется с ходовым колесом лишь для того, чтобы освободить часовой механизм для поворота на определенный угол и чтобы, в свою очередь, получить от ходового колеса импульс для поддержания амплитуды на определенной величине.
Самый свободный из созданных для переносных приборов времени хронометровый ход. Он передает импульс балансу один раз за полный период его колебания.
В отличие от гиревого механизма, создающего равномерный крутящий момент, момент пружины изменяется: в заведенном состоянии он наибольший, в раскрученном наименьший. И как раз эта особенность механизма долго служила причиной возникновения погрешности: суточная разница в десять колебаний балансного колеса уже приводит к расхождению с точным временем в две секунды.
Проблему постоянства момента заводной пружины удалось решить еще на заре хронометрии. Для выравнивания крутящего момента пружины была изобретена фузея (иногда ее называют «улиткой»): чертежи пружинного двигателя с фузеей встречаются в трудах итальянских конструкторов XV века, в том числе и Леонардо да Винчи.
Как же устроена фузея? На главной шестеренке часового механизма закреплен конус с зубчатыми, расположенными по спирали «ступенями». На зубцы «ступеней» конуса навита цепь, которая одним концом крепится к его основанию, а другим к внешней поверхности барабана, в котором находится пружина часов. Когда пружина полностью заведена, цепь намотана на фузею и конус оказывает максимальное сопротивление вращению за счет силы трения. Когда же пружина разворачивается, цепь перематывается на барабан пружины и усилие, необходимое для поворота конуса, уменьшается. При правильно рассчитанном конусе это поддерживает одинаковый момент как заведенной, так и раскрутившейся пружины, а значит, высокую точность хода.
Пытался Харрисон уменьшить действие на ход часов движения корабля, качки. В своих первых морских часах 1735 года он использовал два баланса, соединенных между собой фрикционной передачей. Они могли колебаться в противоположных направлениях, и таким образом достигалось значительное уменьшение погрешностей, вызванных движением корабля.
Еще одно новшество состояло в следующем. Обычно при заводе часы останавливались, и это вызывало потерю точности. Изобретатель ввел в употребление устройство с двойным храповым механизмом для поддержания хода часов во время завода ходовой пружины.
С тех пор прошло немало лет. На смену механическим часам пришли кварцевые и даже атомные. Появились спутниковые системы определения положения кораблей. Однако и сегодня, несмотря на множество современных способов передачи сигналов времени на расстояние, каждое судно имеет на борту морской хронометр эталон времени, мало отличающийся от аналогичных приборов XIX века.
Компенсатор силы заводной пружины «Улитка»
1. Барабан пружины
2. Завиток
3. Струна, цепочка
4. Пружина завитка
5. Рычаг завитка
6. Палец завитка
Родившийся в 1693 году Джон Харрисон был провинциальным плотником, но, как и его брат Джеймс, интересовался часами. Особенно много внимания братья уделяли проблемам точности, и в 1726 году им удалось сделать пару механизмов, которые отставали не более чем на секунду в месяц. Нужно отметить, что часы братьев Харрисонов были в основном деревянными, а приступив к созданию морского хронометра, Джон пришел к выводу, что для увеличения прочности их придется делать из латуни. Поскольку это сильно удорожало проект, он обратился в конкурсную комиссию по созданию хронометра за финансовой поддержкой, и ему удалось убедить одного из членов, который представил изобретателя-самоучку известному научному филантропу Джорджу Грэму. Тот, убедившись в возможностях Харрисона как умелого механика и знающего часового мастера, выделил собственные средства на разработку
и постройку хронометра.
Морские часы Гюйгенса со стабилизатором импульса и циклоидальным маятником
1. Гиря, передающая импульс ходовому колесу.
2. Гиря для натяжения цепи.
3. Стопорный рычаг.
4. Стопорное колесо.
5. Храповое колесо.
6. Секундное колесо.
7. Ходовое колесо.
8. Нить, по которой могут перемещаться вверх и вниз грузики (9), чтобы изменять приведенную длину маятника.
10. Циклоидальные щеки.
11. Линза маятника
Голландский физик, механик, математик и астроном Христиан Гюйгенс (16291695) известен как один из изобретателей маятниковых часов. Длительное время он исследовал теоретические проблемы механики, связанные с созданием и работой часов. Гюйгенс пытался сконструировать на основе маятниковых часов с гиревым двигателем прибор времени для мореплавателей и в 1661 году представил образец на суд научной общественности. Результаты его испытаний на кораблях были плачевны. Во время штиля часы давали хорошие показания, но эксперименты в открытом океане выявили полную непригодность маятниковых часов для определения долготы.
САМЫМ ЗНАМЕНИТЫМ ХРОНОМЕТРОМ, созданным после «морских часов» Харрисона, был механизм Ларкама Кендалла. Ему, главному лондонскому часовых дел мастеру, поручили сделать для испытания в Гринвичской обсерватории копию четвертой модели часов Харрисона. Этот хронометр был испытан во время второго путешествия капитана Кука, и за три года плавания в Атлантическом океане отклонение суточного хода никогда не превышало восьми секунд (две морские мили на экваторе). Кук писал с мыса Доброй Надежды: «Часы мистера Кендалла превысили ожидания даже самых рьяных их защитников. Этот инструмент, показания которого корректировались по лунным наблюдениям, являлся нашим верным проводником через все превратности и климаты». Хронометр Кендалла хранится в Национальном морском музее в Гринвиче.
В НАЧАЛЕ XIX ВЕКА В РОССИИ хронометры стали использовать не только на море, но и на суше. В 1843 и 1844 годах Пулковская обсерватория проводила определение своей долготы относительно Гринвича. В экспедиции использовали 81 хронометр, из которых лишь семь принадлежали обсерватории. Остальные были предоставлены русскими и иностранными учреждениями и частными лицами например, адмиралом Крузенштерном и великим князем Константином.
В 1977 ГОДУ морские хронометры и палубные часы Первого московского часового завода с честью выдержали испытание, совершив поход к Северному полюсу на атомоходе «Арктика».