Часы. От гномона до атомных часов
Шрифт:
Механизм боя в виде зубчатого сегмента имеет, помимо автоматического спуска, управляемого ходовым механизмом, еще повторный ручной спуск, которым можно ввести механизм боя в действие независимо от ходового механизма. Кажущаяся на первый взгляд сложность механизма боя, отбивающего четверти часа, все же вовсе не относила его к самым сложным. Хорошие часовые мастерские изготовляли в XVIII в. системы боя, отбивающие сигналы каждые 5 мин или даже каждую минуту.
Йозеф Книбб является автором специальной системы боя, отличающейся экономией энергии. У часов с длительным ходом на одну заводку механизм боя отбивает много ударов — до 5 тысяч ударов в месяц. Столько энергии трудно было бы вместить в одну пружину или одну гирю, поэтому Книбб создал новую систему, основанную на трех основных цифровых символах римского календаря — 1, V, X. Он разделил свой механизм боя на две части с звонками, по-разному настроенными. Высший тон соответствовал знаку единицы, глубокий тон — знаку V, а два последующих глубоких тона — знаку X. По этой системе достаточно было для
Двухголосные механизмы боя, отбивающие четверти часа, появились уже у некоторых напольных часов в конце XVII в. Позднее отбивание часового сигнала распадалось на пять, семь и больше звонков или гонгов, настроенных на разных шкалах. Известная мелодия Генделя из «Мессии», которую уже в течение десятка лет отбивает Биг Бен на башне Вестминстерского дворца в Лондоне, была первоначально предназначена для четырех колоколов костела св. Марии в Кембридже. Эта мелодия ожидала расцвета своей популярности более 60 лет, истекших до 1794 г., когда Кротч и Джовет завершили свой часовой механизм для Кембриджа.
На Европейском континенте двухголосные механизмы боя называют petit sonnerie, а в Англии они известны как английская система боя. Если они при каждой четверти часа отбивают и весь данный час, а после нажатия повторной кнопки отбивают и отдельные минуты четвертьчасового интервала, то они относятся к группе grande sonnerie. Эти часы пользовались в Центральной Европе большой популярностью, особенно среди австрийских часовщиков XVIII и XIX вв. Однако французские часовщики тоже имеют большие заслуги в техническом совершенствовании этих часов.
Со временем возникло много различных систем боя. Некоторые из них, например голландские, отмечающие одновременно данные о прошлом или о последующем часе, были весьма сложны. Конструктивные элементы механизма боя тоже изменялись. Колокольчики, которые слишком увеличивали толщину часов, особенно карманных, уступили свое место спиральным пружинам боя Бреге, а у больших часов — струнным, стержневым или же арфовым гонгам.
Сложные хронометрические приборы с календарными устройствами, секундомеры и хронографы
Понятие сложности является в отношении часовых приборов относительным понятием. Средневековому часовщику казалась сложной простая трехколесная система балансовых часов, а для среднего часовщика XVII в. было трудно изготовить хорошие точные часы с боем, которые, например, в 1687 г. изобрел и построил английский часовщик Даниэль Кваре. Однако достаточно было пройти лишь нескольким десятилетиям, и изобретения Кваре стали использовать многие швейцарские часовщики. Из их мастерских стали выходить сотни карманных часов с механизмом боя, заводимым тонкой цепочкой при каждом нажатии на шейку подвесного кольца футляра.
В Швейцарии и Франции стали изготовлять много часов с подвижными фигурами на циферблате и с музыкальными механизмами. На циферблатах этих часов оживали библейские и пасторальные сцены или более прозаические сцены из повседневного труда людей.
В XIX в. пользовались очень большой популярностью карманные часы с музыкальным боем, изготовлявшиеся женевскими часовщиками. Их механизмы имели плоский металлический диск с двусторонними штифтами и лучеобразно расположенными стальными язычками. Наряду с этими появились несколько позднее другие типы музыкального механизма с цилиндром и штифтами, который использовали первоначально лишь для больших стоячих и настенных часов. Большие часы позволили, само собой разумеется, применение разных видов музыкальных механизмов, которые не удавалось использовать для карманных часов. Это были, например, часы с металлическими или стеклянными колокольчиками, с плоскими гонгами или дудочками, которые и теперь очень ценят коллекционеры. В Чехословакии прославился производством игральных механизмов и играющих часов пражский завод Вилленбахера и Ржебичека, основанный в 1829 г. (его изделия были известны во Франции, Германии, Польше и России), или же пражская мастерская Славика и Прейсзлера.
В конструктивном и производственном отношении были весьма сложны хронометрические приборы, оснащенные сложным календарным механизмом. Устройство для непрерывного отображения данных с автоматической перестановкой данных в конце месяца, так называемый годовой календарь, иногда дополнялось еще вечным календарем, регистрирующим одновременно и високосные годы. Весьма совершенные карманные часы этого рода с циферблатами лунных фаз производил французский часовщик Ахилл Брокот (1817-1878). Правда, первые часы с указанием лунных фаз появились еще в XVI в., но чаще всего мы встречаем во многих разных видах лишь экземпляры, относящиеся к началу XVIII в. Зодиаковые циферблаты известны по курантам XIV и XV вв. Некоторые астрономические приборы оснащены специальным кулачковым устройством, изменяющим длину маятника в течение хода часов. Включением и выключением кулачкового механизма удавалось измерять на часах среднее или подлинное солнечное время. Форма кулачка, непрерывно изменяющая длину маятника, была выведена из координат, вытекающих из уравнения времени. Это уравнение времени указывает временные разницы между кульминационными пунктами подлинного и среднего солнца. По этому уравнению можно четырежды в год — около 15 апреля, 14 июня, 1 сентября и 25 декабря — согласовывать условное среднее солнце с подлинным Солнцем, причем уравнение
Рис. 32. Циферблат астрономических напольных часов (Австрия, XVIII век)
На некоторых часах имеются, кроме указанных циферблатов, еще и другие второстепенные циферблаты для измерения сидерического, мирового времени, времени захода и восхода Солнца, шкала взаимного положения планет в Солнечной системе и т.п. (рис. 32). Другие часы имеют встроенные термометры, манометры, психометры или компасы. Своими конструктивными особенностями обладают и часы с двусторонними циферблатами со сходными или различными шкалами времени. (Одни такие часы с золотыми и платиновыми циферблатами, изготовленные в начале XVIII в. А.И. Бреге, были проданы в Лондоне в 1965 г. за 27500 фунтов стерлингов.)
Рис. 33. Схема секундомерного механизма: 1 — спусковой рычаг, 2 — храповое колесо, 3 — защелка, 4 — установочная пружина, 5 — реверсивный рычат, 6 — вал минутного колеса, 7 — вал секундного колеса, 8 — баланс, 9 — ось коронки.
Особое положение в часовом деле занимают секундомеры и хронографы. Первые из них — это, собственно говоря, часы с центрально расположенным секундным валом и стрелкой, которую можно в любой момент вместе со всем механизмом остановить и возвратить в первоначальное нулевое положение. Секундомеры не имеют часового циферблата, естественного для обычных часов. Поэтому они начинают работать при пуске секундной стрелки, а при ее остановке останавливают работу всего часового механизма. Разгон и остановка производится специальным рычагом 1 (рис. 33), взаимодействующим с балансом. Этот рычаг имеет такую форму, что при освобождении баланса он придает одновременно ему малый импульс разгона. Рычагом 1 управляет колесо 2 с несколькими пальцами и с 15-зубым или 18-зубым храповиком. При нажатии коронки защелка 3 храповика подается на один зуб и пружина 4 одновременно фиксирует положение храповика. Пальцы колеса 2 перемещают раздвоенный рычаг 5, вращающий секундную стрелку или же вторую стрелку для суммирования измеряемых интервалов (до нулевого положения). При первом нажиме на головку секундомера рычаг 5 поднимается, освобождает стрелку, а затем рычаг 1 пускает в ход баланс. При втором нажиме этим рычагом баланс останавливается, при третьем нажиме вильчатый рычаг 5 возвращает стрелку в нулевое положение. Если секундомер устроен так, что храповик управляет лишь спусковым рычагом, а так называемым обнуляющим рычагом управляет специальная кнопка, то можно на таких секундомерах подсчитывать замеренные друг за другом интервалы времени. При нажатии на головку секундомер запускается в работу, а при следующем нажатии механизм останавливается. Если требуется сбросить показания, обнулить данные, то нажимают вторую кнопку. Если надо продолжать измерение времени, то следующим нажимом кнопки приводят механизм секундомера снова в ход. Особой модификацией секундомера является система Виннерля aiquille rattrapante с главной и вспомогательной секундной стрелкой. Вспомогательную стрелку можно в любое время остановить, снять ее показания, а после ее освобождения специальный механизм снова поставит ее в одинаковое положение с основной стрелкой.
Описанный принцип относится и к современным секундомерам и к хронометрам. Сначала их механизм был проще. Роль секундомера могли играть любые часы, механизм которых можно было в любой момент быстро остановить. Самый легкий способ остановки часов состоял в заблокировании баланса. Успешно и быстро остановить баланс можно было лишь тогда, когда его диаметр был достаточно большим, чтобы для резкого торможения не требовалась большая сила и чтобы точность измерения была максимальной.
В отличие от секундомеров хронограф представляет собой хронометрический прибор с основным двухстрелочным часовым циферблатом и центральной секундной стрелкой, указывающей время на специальной шкале с малыми делениями. Часовой механизм хронографа можно нажатием кнопки соединить со специальным пусковым и обнуляющим механизмом, подобным механизмам секундомера с секундной стрелкой. Автором первого такого хронографа был швейцарец Жан Мойзе Пузаит (1743-1793), который в 1776 г. построил часы с центральной секундной стрелкой, скачущей через целые секунды. Эту стрелку можно было останавливать и снова пускать в ход независимо от хода часов. Изобретение Пузаита усовершенствовали опять-таки швейцарцы Николе и Капт, дополнившие в 1862 г. первоначальную конструкцию устройством, которое возвращало секундную стрелку снова в нулевое положение. Развитие хронографа достигло своего расцвета в 80-х годах прошлого века. Тогда швейцарские часовые фирмы стали поставлять на рынок такие красивые и совершенные изделия, которые приведены, например, на рис. 34.