Зачем нужен маятник в часах

В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Зачем нужен маятник в часах?», а также дать полезные рекомендации для наших читателей. Что из этого получилось, читайте далее.

«Однако ж прав упрямый Галилей!», — написал А. С. Пушкин, имея в виду утверждение Галилея, что Земля вращается вокруг Солнца. А мы расскажем о том, как этот великий борец за науку оказался однажды неправ.

Наблюдая в храме за качающейся люстрой, Галилей обнаружил, что время полного качания люстры, т. е. время, по истечении которого она вернется в исходное положение (так называемый период колебания), было одинаково и при больших размахах и при малых. Это наблюдение привело Галилея к мысли, что качающееся тело (маятник) можно использовать для регулирования хода часов.

Самому Галилею осуществить часы с маятником не удалось, а вскоре выяснилось, что его наблюдения были неточны. Более точные наблюдения показали, что период колебания маятника тем больше, чем больше размах; но благодаря неизбежному трению оси и сопротивлению воздуха размах колебаний обыкновенного маятника все время уменьшается, а значит, будет уменьшаться и период его колебаний. Часы с обыкновенным маятником — иначе называемым круговым маятником (потому что каждая точка ею описывает дугу окружности), не могут идти верно.

Гюйгенс придумал, какое приспособление нужно сделать круговому маятнику, чтобы у него был постоянный размах (постоянная амплитуда, как говорят физики). Но он решил и другую интересную задачу — ответил на вопрос, по какой кривой должна двигаться точка, чтобы период ее колебаний не зависел от амплитуды (т. е. чтобы время качания не зависело от величины размаха). Он придумал конструкцию, которая осуществила движение центра тяжести маятника по этой кривой. Читатели догадались, конечно, что этой кривой оказалась циклоида: иначе зачем стали бы мы говорить об этом в нашей книжке?

Начнем с приспособления, обеспечивающего верный ход часам с круговым маятником. Зубчатое колесо А (рис. 93) приводится во вращение цепью с гирькою В на конце. На ось этого колеса насажена шестерня, наглухо с ним связанная (она не изображена на рисунке). Эта шестерня и приводит в движение стрелки часов, а потому нужно, чтобы колесо А двигалось равномерно.

Но гирька В, как и всякое тело, под действием тяжести будет двигаться ускоренно, сообщая ускоренное же вращение колесу А. Устранить это затруднение должен маятник ММ.

Якорь С, лежащий в плоскости колеса А, наглухо соединен с маятником ММ, сам маятник ММ лежит за плоскостью чертежа и потому он начерчен пунктиром. Якорь снабжен зубцами Н и К.

В момент, изображенный на рис. 93, колесо А удерживается левым зубцом Н якоря С. Когда маятник качнется влево, зубец Н якоря отпустит захваченный зубец колеса, и колесо повернется, но только на ползубца, потому что зубец К якоря попадет в промежуток между зубцами ко теса и задержит его.

Когда после этого маятник снова качнется вправо, зубец на этой стороне будет задержен якорем. Итак, при каждом полном качании маятника (туда и обратно) колесо повернется ровно на один зубец, т. е. на определенную долю окружности. Движение колеса будет строго равномерным.

3убцы якоря, как видно из рис. 93, срезаны наискось, так что зубец колеса, который был задержан якорем и снова отпущен, должен скользить по косой поверхности зубца якоря.

Рис. 93. Устройство часов с маятником.

Вследствие этого якорь сообщит маятнику небольшой толчок. Эти ритмические толчки восполнят потерю энергии, которую маятник расходует на преодоление трения и сопротивления воздуха. Поэтому размах маятника (амплитуда колебания) не будет уменьшаться. Таким образом, гиря сообщает энергию и колесам часов, и самому маятнику, — маятник же регулирует ход часов.

А если часы остановятся? Пустить в ход их не трудно: достаточно поднять гирю и качнуть маятник. Но при этом размах качания может оказаться другим, и часы пойдут хотя равномерно, но неверно (уйдут вперед или начнут отставать).

Гюйгенс придумал приспособление, которое позволяет легко регулировать ход часов. Но Гюйгенса, как истинного ученого, заинтересовал вопрос: каков должен быть «совершенный» маятник, маятник, время качания которого не зависит от величины размаха? О том, как Гюйгенс решил этот вопрос и какую роль сыграла при этом циклоида, — мы сейчас расскажем.

Часовой механизм состоит из нескольких крошечных зубчатых колесиков. Колесики крутятся, сцепляясь друг с другом зубчиками, и вращают стрелки часов на циферблате.

Причем колесики проворачиваются не плавно, а как бы толчками – через малые промежутки времени. Вот поэтому мы и слышим: тик-так, тик-так.

Как узнавали время до появления часов?

До изобретения часов люди определяли время по Солнцу. С его восходом они просыпались, а с заходом ложились спать. Они обедали, когда Солнце стояло высоко в небе, и ужинали – когда Солнце склонялось к западному горизонту.

Вахта матроса на корабле – четыре часа. Через полчаса с начала вахты в колокол бьют один раз, через час – два раза и т. д. Восемь ударов означает, что смена закончена.

Зачем в старинных часах висит маятник?

В высоких старинных часах есть длинный маятник, который ритмично и равномерно качается вправо-влево. При каждом качании маятника колесики часового механизма медленно проворачиваются, вращая стрелки часов. Такие часы обязательно нужно заводить ключом, иначе движение маятника замедлится и часы начнут отставать.

У солнечных часов нет стрелок. Их заменяет тень от стержня, расположенного в центре циферблата. Солнце перемещается в небе, и тень ползет по циферблату.

Электронные часы могут показывать время с точностью до долей секунды. Часы, которые делят секунду на доли, называются секундомерами. Ими пользуются на соревнованиях, ведь время спортсменов надо подсчитывать очень точно – до сотой доли секунды. А что такое сотая доля? За это время ты не успеешь даже моргнуть.

Как измерить скорость веревкой?

400 лет назад скорость хода кораблей измеряли при помощи лага – бревна, привязанного к веревке с узлами. Бревно бросали за борт и подсчитывали, сколько узлов будет на отрезке веревки, размотавшейся за время движения корабля. За временем следили по песочным часам. И сейчас скорость морских судов измеряется в узлах.

Зачем нужен песок при варке яиц?

Песок в кухонных «яичных» песочных часах пересыпается сверху вниз ровно за четыре минуты. Именно столько времени нужно, чтобы сварить яйцо в мешочек. Песочные часы – простой, но очень точный прибор, которым пользуются уже сотни лет. Когда весь песок пересыпется, часы переворачивают, и время снова пошло!

Примером незатухающих колебаний, являются колебания маятника в часах, где его энергия дважды за период пополняется за счёт энергии поднятой гири или заведённой пружины.

Часы представляют собой систему зубчатых колёс, связанную со стрелками и приводимую в движение поднятой гирей или закрученной пружиной. Для правильного хода часов энергия гири или закрученной пружины часов должна использоваться небольшими, периодически расходуемыми порциями. Как это осуществляется, показано на рисунке.

Маятник связан с дугой m, имеющей на концах два зубца, которые близко подходят к зубьям храповика R.

Толкнув маятник, мы получим скачкообразное вращение храповика, вызванное тяжестью гири или силой упругости пружины. При каждом колебании маятника храповик будет перескакивать на один зубец, подталкивая вместе с тем и самый маятник, благодаря чему мы получим равномерный ход часов: колебания маятника будут незатухающими до тех пор, пока не истощится завод пружины или не опустится до предела гиря. Передвигая вдоль стержня маятника груз Л, мы можем регулировать частоту колебаний маятника, а следовательно, и ход часов.

Первые часы с маятником были изготовлены Гюйгенсом в 1657 году.

Разрешено частичное копирование статей с обязательной ссылкой на источник

Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Зачем нужен маятник в часах»? Напишите об этом в комментариях.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Adblock
detector