ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

денной длины маятника и, следовательно, определенная величина изменения суточного хода. Обычно гайки этих часов имеют деления для контроля угла поворота. Регулировать период можно и за счет прибавления к маятнику до­ бавочных грузиков, помещаемых на специальную полочку, установленную в средней части стержня маятника. Дополнительный грузик приводит к некото­ рому смещению центра тяжести всей системы маятника, т, е. к изменению при­ веденной длины. Так, в вестминстерских часах монета в полпенни либо остав­ ляется на подставке стержня маятника, либо удаляется оттуда, следствием чего и является незначительное изменение хода.

Маятник всегда регулируется на небольшое отставание хода часов, чтобы можно было затем должным образом регулировать его ход с помощью регули­ ровочной гайки или малых грузиков.

Барометрическая компенсация маятника. Маятник колеблется в воздушной среде. Поместить часы в безвоздушное пространство нельзя, как это показал Бессель в 1828 г., потому что масло, служащее для смазывания часового ме­ ханизма, без которого никакой механизм не может работать, будет испаряться и трение в осях сильно возрастет. Поэтому даже самые точные часы работают под давлением, близким к атмосферному, но ни в коем случае не в вакууме. Период колебаний маятника часов, не заключенных в воздухонепроницаемый футляр, уже всецело зависит от атмосферного давления. С повышением давле­ ния период колебания маятника увеличивается и, наоборот, с понижением дав­ ления уменьшается. Изменение величины хода часов за сутки (выраженное в секундах) под влиянием изменения атмосферного давления на 1 мм рт. ст. на­ зывается барометрической постоянной.

Устранение влияния изменяющегося барометрического давления воздуха достигается двумя путями. Первый — изоляция часов с маятником от наруж­ ного воздуха, причем часы не изолируются от окружающего воздуха; вто­ рой — применение автоматически компенсирующего приспособления.

Наибольший эффект достигается применением первого способа. Прецизи­ онные маятниковые часы Рифлера и Леруа заключены в стеклянный футляр, в котором поддерживается давление на 100—150 мм ниже атмосферного. Вмес­ те с часами в стеклянном футляре помещаются барометр сифонного типа, тер­ мометр и гигрометр для определения влажности. Часы снабжены воздушным насосом велосипедного типа, при помощи которого в любой момент можно, из­ меняя давление, очень точно регулировать их ход. Часы устанавливаются в подвальных неотапливаемых помещениях, где годовые колебания температуры сохраняются в пределах 0,5—1о. Это постоянство температуры является одним из необходимых условий для постоянства давления в резервуаре. Завод у этих часов электрический.

Большое практическое значение имело и применение второго способа, не­ смотря на то что в этом случае не всегда может быть достигнута полная ком­ пенсация влияния изменения барометрического давления воздуха.

Идея этой компенсации принадлежит Робинсону, который в 1831 г. пред­ ложил снабдить маятник сифонным барометром. Для этой же цели в 1843 г. приспособил к маятнику сифонный барометр и Бессель. Фирма «Дент» в 1872 г. изготовила часы для Гринвичской обсерватории с еще более верной и тщательной компенсацией; повышение и снижение уровня ртути в открытом лимбе барометра приводило в действие постоянный магнит, находящийся вблизи двух стержневых магнитов, установленных на самом маятнике.

Рис. 154. Барометрическая компенсация маятника при помощи ртутного баро метра

Рис. 155. Барометрическая компенсация маятника при помощи анероидной коробки

В настоящее время барометрическая компенсация маятников чаще всего осуществляется двумя способами: при помощи ртутного манометра и при по­ мощи анероида.

Принцип барометрической компенсации при помощи ртутного манометра предложил в 1864 г. Крюгер. Конструкция, основанная на этом принципе (рис. 154), состоит из одной барометрической трубки 1, закрепленной ниже середины стержня маятника 2. При изменении атмосферного давления ртуть в закрытом колене соответственно поднимается или опускается, что изменяет положение центра тяжести маятника и его приведенную длину, а следователь­ но, и период колебания. Эта конструкция имеет ряд недостатков; более совер­ шенной является барометрическая компенсация с помощью анероида Рифлера.

Устройство Рифлера (рис. 155) состоит из ряда анероидных коробок, сое­ диненных между собой. Над коробками укреплен груз, который поднимается или опускается в зависимости от расширения или сжатия коробок анероида, тем самым изменяя положение центра тяжести маятника, его приведенную длину и период колебаний. Анероид также закрепляется на стержне маятника, немного ниже его середины. С грузом соединена система рычагов, которая передвигает стрелку по шкале. Шкала указывает отклонение в миллиметрах от некоторого среднего давления, на которое проградуирован прибор. Анероид Рифлера работает на принципе Гюйгенса [213, ч. 1, 77—78].

Часы стационарного типа с маятником

Маятник как регулятор хода нашел применение в точных астро­ номических часах, башенных, настенных, напольных и других часах. Термин «точные» к маятниковым часам прилагается в исключительных случаях, когда их ход обладает нужной точ­ ностью для использования их в астрономических обсерваториях,

на предприятиях часовой промышленности и в иных местах, где по ним производится регулировка и проверка хода других ча­ сов. Такие высокоточные, или прецизионные, часы называются астрономическими и астрономическими регуляторами не в том смысле, что они показывают время некоторых астрономических событий, а потому, что они предназначены показывать в астро­ номических обсерваториях время с наивозможной точностью. Иногда их называют просто регуляторами. Но для наименования точных маятниковых часов это слово выбрано неудачно.

Прецизионных маятниковых часов во всем мире имеется, ве­ роятно, всего несколько тысяч штук. Среди изготовителей точных

блюдения до другого стало возможным после применения для этой цели маятниковых часов с анкерным ходом Грагама. По ним можно было определять суточный ход с погрешностью до 0,1 с. В 1726 г. Джон Гаррисон создал двое астрономических ма­ ятниковых часов с изобретенным им ходом и компенсационным решетчатым маятником. Погрешность одного из таких маятников выражалась в 1 мин за 14 лет. В 1758 г. Бредли создал маятни­ ковые часы с исключительным постоянством их хода в пределах 0,102 с.

Во второй половине XVIII в. эти часы могли считаться уни­ кальными; с такой стабильностью и точностью маятниковые ча­ сы не могли изготовляться не только в 1800 г., но и много позже и даже самыми лучшими часовщиками. Изучение хода маятни­ ковых часов Бредли в 1904 г. показало, что для обеспечения высокого качества маятниковых часов наряду с точностью их хода исключительное значение имеет также стабильность хода, что важно при длительной работе механизма.

Из таблицы следует, что часы Бредли работали лучше, чем часы Гринвичской обсерватории в 1850 г., но, конечно, хуже, чем любые из астрономических маятниковых часов конца XIX в. [42,

354]. Данные, приведенные в таблице, свидетельствуют также о том, что во второй половине XIX в. были достигнуты значитель­ ные успехи в отношении повышения точности хода астрономиче­ ских маятниковых часов. Эти успехи были достигнуты главным

образом за счет усовершенствования температурной компенса­ ции маятника и применения свободного хода вместо несвободно­ го анкерного хода Грагама. Все эти достижения нашли конкрет­ ное выражение в астрономических маятниковых часах, создан­ ных в 1893 г. 3. Рифлером с точностью и постоянством хода в пределах 0,02 с. К концу XIX в. и в первые десятилетия нашего столетия часы Рифлера и Леруа были применены во многих об­ серваториях мира.

До применения электрических астрономических часов Шорта с двумя маятниками точность определения времени с помощью астрономических инструментов превосходила точность хода са­ мых совершенных в мире астрономических маятниковых часов. С помощью астрономических наблюдений в конце XVIII в. вре­ мя определялось с точностью до 0,12 с, в начале XX в.— с точ­ ностью до 0,015 с, а в 1965 г.— до 0,004 с.

В XIX в. производилась как реконструкция старых башенных часов, так и установка новых башенных часов. Так, современные страсбургские башенные часы (рис. 156) напоминают старые часы только формой и размером. Последние в настоящее вре­ м я - уже музейная редкость. Новые часы являются плодом многолетних сложных расчетов и исследований Иоганна Баптис­ та Швильге. Механизм этих часов показан на рис. 157. Их строи­

в виде 110 созвездий. Глобус совершает один оборот с востока на запад за одни звездные сутки. За ним помещается календарь. На металлическом кольце указаны основные данные вечного ка­ лендаря— названия месяцев, числа, имена святых и все перехо­ дящие праздники. Кольцо имеет диаметр 3 м и ежедневно пово­ рачивается на одно деление, а полный оборот делает за 365 или 366 дней. Часы автоматически отсчитывают дни не только обыч­ ных годов, но и високосных без какого-либо вспомогательного переключения их механизма. Кроме вечного календаря, часы показывают солнечное время, восход и закат Солнца, ежеднев­ ное движение Луны вокруг Земли, фазы Луны, солнечные и лун­ ные затмения. Восход и заход Солнца отмечается с помощью подвижного горизонта, разделяющего путь Солнца на две дуги, так что продолжительность дня и ночи можно отсчитывать в те­ чение всего года. Над календарем находится галерея с аллего­ рическими фигурами, изображающими дни недели. Слева на­ право идут: воскресенье — Аполлон в колеснице, запряженной конями; понедельник —Диана, которую везет олень; вторник — Марс, среда—- Меркурий, четверг — Юпитер, пятница -- Венера, суббота — Сатурн.

Средняя часть часов отделяется от нижней «львиной» гале­ реей, названной так из-за львов, расположенных по углам;

Рис. 156. Страсбургские башенные часы. 1842 г.

Рис. 157. Механизм страсбургских башенных часов

В центральной части находится циферблат, на котором показы­ вается среднее солнечное время. По обе стороны циферблата расположены два крылатых гения. Каждые четверть часа левый гений ударяет по колоколу. Затем вступают в действие четыре

Старость. После этого выступает фигура Смерти, возвышающая­ ся в центральной части на пьедестале рядом с фигурой Старости. Смерть отбивает полные часы. Гений, видящий справа от цифер­ блата, держит в руках песочные часы, которые переворачивает каждый час — после удара последней четверти часа и на секунду раньше боя часов.

Над галереей помещен планетарий, воспроизводящий движе­ ние планет вокруг Солнца по системе Коперника. Планеты — ме­ таллические шарики различной величины — движутся вокруг Солнца на фоне голубого циферблата. В середине помещено Солнце с 12 лучами, обращенными к 12 знакам зодиака, изобра­ жающими движение Солнца по эклиптике; знаки расположены на периферии планетария. Над планетарием с помощью шара, вращающегося около наклонной оси, отмечаются на фоне звезд­ ного неба фазы Луны. Звездное небо окаймлено латинской над­ писью: «Что может сравниться с утренней зарею, что красивее Луны и более ослепительно, чем Солнце!» Сверху в двухъярус­ ной нише помещены движущиеся фигуры. В верхнем ярусе нахо­ дится фигура Иисуса Христа. В полдень, когда звучит последний удар часов, мимо него проходит процессия из двенадцати апосто­ лов, каждый из них склоняет голову. Во время шествия апосто­ лов на левой башне поет петух. В полночь он поет 3 раза, напо­ миная этим об одном из евангельских событий. В заключение Христос, изображенный на самом верху готической башни, бла­ гословляет собравшихся зрителей.

Главный механизм часов один раз в неделю корректируется по точным астрономическим часам; от него движение передается непосредственно стрелкам, показывающим среднее солнечное время. Разнообразие и точность других движений в часах осу­ ществляется соответствующими механизмами, действующими под влиянием главного механизма. Часы такого рода представ­ ляют собой переход к автоматам, предназначенным воспроизво­ дить естественные движения животных или людей.

Год указывается четырьмя цифрами, из которых каждая на­ ходится на особом кольце с десятью цифровыми знаками. Коль­ цо единиц совершает один оборот за 10 лет, кольцо десятков — за 100 лет, кольцо сотен — за 1000 лет. Тысячное кольцо пока­ жет последнюю цифру через 10 000 лет. На такой период запро­ граммирован весь прибор.

В 1835 г. была произведена реконструкция башенных часов Уэльского собора в Англии, механизм которых совершенно изно­ сился. Их снабдили новым механизмом, несколько переделали циферблат и добавили минутный круг и минутную стрелку (рис. 158). У основания сводчатого фронтона, который возвыша­ ется над квадратом циферблата, находится восьмиугольная площадка с башенкой, на которой расположены два ряда всад­ ников, укрепленных на двух деревянных кругах. Прежде во вре­ мя боя часов круги вращались в противоположных направле­ ниях.

В 1851—1852 гг. была осуществлена полная реконструкция часов на Спасской башне Московского Кремля, после того как их механизм и бой оказались в неисправности, а куранты в тече­ ние ряда лет бездействовали. Внешний вид этих часов после их реконструкции можно видеть на рис. 159.

Все колеса и шестерни боевого и ходового механизмов были заменены новыми —стальными и латунными. Подшипники изго­ товлены вновь из сплава, мало подверженного износу. Цапфы у валов и осей сделаны из лучшей стали. Циферблаты на всех че­ тырех сторонах башни заменены новыми, железными, «так, что­ бы фасады башни сохранились в том виде, как до сего находи­ лись»; железные циферблаты были окрашены черной масляной краской; цифры отлиты медные и вызолочены червонным золо­ том. На всех четырех циферблатах добавлены минутные стрел­ ки, которые, как и часовые, заново изготовлены из железа и обложены позолоченной медью.

В часах применили анкерный ход Грагама, решетчатый ма­ ятник типа Гаррисона с температурной компенсацией. Длина маятника 1,5 м. Механизм часов снабжен четырьмя заводными валами: 1-й вал служил для хода стрелок, 2-й —для боя часов, 3-й — для боя четвертей и 4-й — для игры курантов. Валы при­ водились в действие гирями из наборных кругов.

Рис. 158. Башенные часы Уэльского собора (Англия)

Рис. 159. Башенные часы, Московского Кремля

До революции механизм курантов включался в 12, 15, 18 и

21ч.

В1860 г. на Викторианской башне здания парламента в Лон­ доне были установлены Вестминстерские башенные маятниковые часы (рис. 160), которые со временем приобрели мировую из­ вестность.

Когда парламент объявил конкурс на проектирование этих часов, главное и непременное условие гласило: часы должны дважды в сутки сверяться с гринвичским временем, причем раз­ ница во времени не должна превышать 1 с; они должны поддер­ живать постоянство хода за неделю в пределах 1 мин.

Вестминстерские часы были изготовлены Эдвардом Дентом (1790—1853) по проекту, разработанному лордом Гримторпом. После смерти Дента работу над часами продолжил сын покой­ ного Фридерих. В 1859 г. он установил часы на Викторианской башне и через год пустил их в ход.

Высота башни, на которой помещаются часы, 100 м, циферб­ латы находятся на высоте 54 м. Диаметр циферблатов 6,9 м, из­ готовлены они из опалового стекла и закреплены в стальных рамах. Высота цифр 0,6 м, а расстояние между минутными деле­ ниями 0,3 м. Механизм состоит из трех колесных передач: одна приводит в действие стрелки, другая — бой, третья — мелодию. В часах применен двойной трехколенчатый гравитационный ход, изобретенный лордом Гримторпом. Длина маятника 4 м, весит он почти 280 кг. Часы заводятся раз в неделю, бой — два раза.

Хотя и существуют башенные часы с большим размером ци­ ферблата, но вестминстерские часы — одни из самых интересных больших башенных часов по конструкции. С вершины Вестмин­ стерской башни каждый час раздается бой часов, называемых Биг-Беном. Часы отбиваются колоколом, который весит более 13 т. С помощью четырех настроенных колоколов (курантов) разыгрывается определенная мелодия. Большой колокол весит 3 т, остальные — в пределах тонны. Языки колоколов весят со­ ответственно 364, 70, 32 и 24 кг [33, 309].

В США башенные часы значительных размеров и со сложным механическим устройством стали появляться много позже, чем в Западной Европе. Наиболее примечательные из них — на баш­ не здания Метрополитен Лайф в Нью-Йорке, установленные в 1909 г. (рис. 161). У них четыре циферблата диаметром 8,1 м каждый. Длина минутной стрелки 5,7, а часовой — 5,2 м. Цифры на циферблате размером в 4,3 м, а минутные деления — в 0,47 м. Минутная стрелка освещается 16 лампами накаливания, часо­ вая— десятью.

Вторые по величине башенные часы были построены для эдисоновской электрокомпании в Бостоне. Диаметр их циферблата 10,4 м, вес стрелок 350 кг, длина часовой стрелки 4,4 м, минут­ ной 5,5 м. Циферблаты помещены на четырех сторонах башни, приблизительно на половине ее высоты, т. е. в 107 м от земли. Наверху башни находится фонарь, который вспышками отмеча-

Рис. 160. Вестминстерские башенные часы Биг-Бен