Часы и курс общей физики: Патенты Гюйгенса.
Дорогие читатели, сегодня рассказ пойдёт о появлении первых патентов на маятниковые часы из-под пера Христиана Гюйгенса, великого физика.
Но начнём мы, как полагается, на век раньше.
Глава 1. Галилей и маятник. Эпоха изобретений.
Всем известный первооткрыватель Галилео Галилей, однажды стоя в Пизанском соборе, обратил внимание на то, как раскачивается люстра. Отсчитывая собственный пульс, он понял, что период колебания люстры остается неизменным, несмотря на то, что амплитуда становится всё меньше и меньше. После проведенных исследований последовал следующий вывод: период колебаний при малых амплитудах постоянен. Сейчас мы называем это законом колебаний.
Галилей быстро нашёл применение открытому принципу при проведении различных опытов. Например, он изготовил маятник, длину которого можно было изменять, и находил ту длину, при которой колебания совпадали с пульсом.
Воспользовался во многих опытах для измерения времени и движений и первый применил его к наблюдению небесных светил.
Перейдем теперь и к главному герою рассказа. Великий голландский математик, физик и астроном Христиан Гюйгенс (1629–1695) продолжил труды Галилея и совершил прорыв в механике. Его исследования маятников (физического, циклоидального, конического) и конструирование соответствующих часовых механизмов положили начало динамике систем материальных точек и твёрдых тел.
В течении жизни Гюйгенс перешел от простого описания первых маятниковых часов в ранних работах к созданию их фундаментальной теории, остающейся неизменной и сегодня. Эта теория заложила рациональные основы для конструирования часов. В брошюре «Часы» (изображение 1) он детализировал устройства с разными маятниками. Для модели с круговым маятником (малоамплитудные колебания) и шпиндельным ходом использовалась зубчатая передача (редуктор 3:1), связывающая маятник с вертикальным коронным ходовым колесом (впоследствии замененным горизонтальным).
Это мы видим уже в часах, изготовленных Соломоном Костером (изображение 2). Гюйгенс отказался как от вертикального расположения коронного ходового колеса. Были применены металлические щеки особого устройства, которые по замыслу создателей этих часов должны были обеспечить изохронное колебание маятника по круговой дуге при любом изменении амплитуды.
При создании часов Гюйгенсу было известно, что колебание маятника с увеличением его амплитуды становится неизохронным и что при применении в маятниковых часах шпиндельного хода получение изохронного колебания маятника или колебания его по круговой дуге в пределах только нескольких градусов является задачей технически трудно разрешимой.
Фактически колебания достигали 40-50 градусов, что не давало изохронности. Точность таких часов сильно страдала.
При данных условиях для Гюйгенса важно было добиться изохронного колебания при любой дуге размаха маятника. Для решения этой задачи Гюйгенсу
потребовалось укрепить и, где нужно, дополнить учение великого Галилея о падении тел. Наиболее желательным плодом, как бы величайшей вершиной этого учения и является открытое мною свойство циклоиды.
Так Гюйгенс предложил использовать маятник Циклоидальной формы (изображение 3).
(Кроме того, Гюйгенс доказал, что для для одного качания по циклоиде нужно столько времени, сколько его требуется для свободного падения тела по длине оси циклоиды, а оно равно отношению окружности к своему диаметру. Далее Гюйгенс геометрически вывел известную формулу для определения периода колебаний математического маятника при малой амплитуде).
О том, что часовому механизму дал циклоидальный маятник, мы поговорим уже в следующей главе. Не пропустите!
Источники информации:
https://watchacademy.ru/o-chasah/mayatnikovye-chasy-gyuygensa-i-teoriya-ih-ustroystva/
https://studfile.net/preview/2958220/page:21/
В.Н. Пипуныров "ИСТОРИЯ ЧАСОВ
с древнейших времен
до наших дней"
