Часы и курс общей физики: Патенты Гюйгенса.
Перед прочтением не забывайте обратиться ко второй главе!
Глава 3. Последнее достижение в хронометрии. Конический маятник.
Для начала стоит сказать пару слов о силе, лежащей в основе работы конического маятника.
Центробежная сила проявляется на криволинейном участке движения как следствие инерции: тело стремится двигаться прямолинейно (по касательной), тогда как центростремительная сила удерживает его на кривой. Эта тенденция к движению по прямой и есть центробежная сила.
Для хронометрии практически особенно важным является равномерное движение тел по окружности. В этом случае величина скорости (линейная скорость) остается неизменной, меняется лишь направление движения благодаря действию непрерывной и постоянной по величине силы, направленной всегда к центру окружности и придающей движущемуся телу постоянное
ускорение. Его называют центростремительным. По величине оно
равно центробежному.
Теорию о центробежной силе, лежащую в основе действия конического маятника, Гюйгенс описал после создания текстов о практической применимости. Свои выводы он не доказывал, но постулировал.
(Подробнее о данной силе и ее более позднем обосновании можно прочитать в учебниках по механике в не ИСО)
Конический маятник(изображение 1), вращающийся вокруг центральной оси проходящий через точку подвеса и описывающий коническую поверхность, представляет собой нить длиной
с грузом на одном из его концов. Гюйгенс придумал способ подвески исходя из тех же математических соображений, что и в случае выбора подвески для циклоидального маятника.
Для того чтобы груз, подвешенный на нити, мог равномерно вращаться по окружности, нужно центробежную силу увеличивать пропорционально увеличению радиуса от центра вращения. Это может быть достигнуто путем увеличения
линейной скорости.
При надлежащем выборе скорости и угла груз, двигаясь равномерно, будет описывать горизонтальные окружности вокруг вертикали, проходящей через точку прикрепления нити, причем время полного оборота должно быть постоянным,
как время колебания математического маятника.
Тут мы подходим к очередной методической проблеме: как измерить период колебаний такого маятника?
Следует учесть, что маятник, отклоненный от положения равновесия на известный угол, снова стремится приблизиться к этому отвесному положению с силой g на синус угла. Эта величина уменьшается по мере уменьшения угла и обращается в нуль, когда угол = 0. Следовательно, эта сила непостоянна. При известном или заданном угле маятнику сообщают подходящую линейную скорость с таким расчетом, чтобы
равнодействующая веса груза и центробежной силы — имела направление нити маятника, образующей с вертикалью необходимый угол.
Тогда нить, соединяющая точку ее подвеса с грузом на ее конце, будет описывать коническую поверхность, совершая равномерное движение по окружности.
Путём математических операций, можем получить, что время оборота вращающегося маятника обратно пропорционально корню квадратному из ускорения силы тяжести g.
Как в итоге повлияет использование такого маятника на работу механизма?
Секундная стрелка имеет непрерывное движение по окружности без скачков. Часы с таким маятником обладают бесшумным и
равномерным ходом.
Но такое устройство было трудно изготовить, потому не получило широкого распространения.
О том, какой сюрприз устроила Христиану Гюйгенсу жизнь, поговорим с вами в следующей главе истории!
Источники информации:
В.Н. Пипуныров "ИСТОРИЯ ЧАСОВ
с древнейших времен
до наших дней"
