Каждый любитель часов наверняка слышал, что кварцевые модели значительно точнее механических. Действительно, если хорошая механика может показывать погрешность в несколько секунд в сутки, то кварцевые часы обычно укладываются в пару десятков секунд в месяц. Однако на практике владельцы кварцевых часов (например, легендарных Casio G-Shock) нередко замечают отставание или спешку около 10–15 секунд за месяц. Почему же происходит эта небольшая, но заметная ошибка, если кварц славится высокой точностью?
В чём разница: механические и кварцевые часы
Принцип работы механических часов и кварцевых разительно отличается. Механические часы отсчитывают время с помощью балансового колеса и пружины. Балансир колеблется всего несколько раз в секунду (обычно 4–8 Гц), и каждое колебание через систему шестерён передвигает стрелки. Точность механики зависит от многих факторов – трения, износа, положения часов в пространстве, температуры, силы пружины. Даже дорогой швейцарский хронометр может позволить себе погрешность до нескольких секунд в день. Со временем механические механизмы требуют тонкой регулировки, чтобы оставаться точными.
Кварцевые часы, напротив, используют электронный осциллятор – маленький кристалл кварца. При прохождении электрического тока кварц начинает вибрировать с высокой стабильной частотой (как правило, 32768 Гц). Электронная схема делит эти колебания на понятные для часов импульсы – один раз в секунду для шагового моторчика или для отображения цифр. Благодаря высокой частоте вибраций кварцевый осциллятор гораздо стабильнее: внешние влияния (гравитация, положение в пространстве) почти не сказываются на нём. Именно поэтому кварцевые модели в среднем на порядок точнее – погрешность измеряется секундами в месяц, а не в день.
Почему кварцевые часы могут отставать или спешить
Если кварц настолько точен, откуда берётся ошибка в 10–15 секунд за месяц? Прежде всего, стоит знать, что не существует абсолютно идеального осциллятора. Частота вибрации кварцевого кристалла зависит от его физических параметров, и при изготовлении достигается лишь определённая точность. Производители массовых кварцевых часов обычно заявляют точность около ±15 секунд в месяц. Иными словами, небольшой отрыв от идеального 32768-герцового ритма – всего на миллионные доли – постепенно выливается в секунды расхождения со временем эталонного часа.
Температура – главный враг точности кварца. Хотя кристалл кварца гораздо менее чувствителен к температурным колебаниям, чем металлический маятник или балансир, нагрев и охлаждение всё же влияют на его частоту. Кварцевый резонатор специально вырезают таким образом, чтобы при обычной окружающей температуре он работал максимально стабильно. Например, при комнатной или слегка тёплой (близкой к температуре тела) среде колебания идут чуть быстрее, а при отклонении на десяток градусов в любую сторону – чуток замедляются. Поэтому наручные кварцевые часы зачастую точнее, когда вы носите их на руке регулярно: корпус и сам организм создают эффект миниатюрного «термостата». Если же часы часто лежат на полке в жаркой комнате или на холоде, кристалл постоянно работает в неидеальных условиях, накапливая погрешность.
Второй фактор – старение и качество самого кристалла. Со временем свойства кварца могут немного измениться. В первые годы работы происходит так называемое «старение» кварцевого резонатора: на поверхности кристалла могут оседать микроскопические загрязнения, меняется натяжение крепления. В результате за год другой частота может сместиться ещё на доли герца, добавив пару лишних секунд к ежемесячной погрешности. Качество изготовления тоже играет роль: кристалл должен быть точно огранён под нужным углом. Малейшие отклонения при производстве означают, что один экземпляр ходит, скажем, +5 секунд в месяц, а другой −5 секунд.
Наконец, стоит помнить, что указанные ±15 секунд в месяц – это норма, а не дефект. Если ваш кварцевый G-Shock отстаёт на полсекунды в день, это фактически укладывается в заводские допуски. Для сравнения: лучший механический хронометр допускает до ±6 секунд в сутки, то есть около ±180 секунд в месяц. На этом фоне 10–15 секунд выглядят не таким уж значительным отклонением. Тем не менее, современные технологии позволяют улучшить и точность кварца. Существуют кварцевые механизмы с термокомпенсацией, где встроенный микрочип подстраивает частоту в зависимости от температуры – таким образом добиваются точности ±5–10 секунд в год. А многие модели (в том числе некоторые G-Shock) имеют функцию радио- или GPS-синхронизации: они периодически сверяют время по атомным эталонам, сводя погрешность к нулю.
Итак, кварцевые часы действительно намного точнее механических – но и они не идеальны. Незначительная фора в несколько секунд за месяц объясняется физическими свойствами кристалла и условиями его работы. В обычной жизни такая точность считается более чем достаточной. Если же вам необходимо абсолютное соответствие эталонному времени, на помощь придут “умные” кварцевые технологии – от термокомпенсации до синхронизации по радио сигналам.