Маятник - точна механічна коливальна система Erwin Sattler GmbH; Співпраця
Ще в 16 столітті відомі астрономи та вчені-природничі стурбовувались особливостями та поведінкою маятника або тим, що тоді називали гравітаційним маятником. В обширних експериментах і розрахунках вони дійшли висновку, що період коливань маятника з різьбовою підвіскою не залежить від маси або форми тіла маятника, а лише від самої довжини маятника. Тож було сенсом використати цей ефект, що коли маятник, коли він приводиться в рух, завжди потребує однакової довжини для коливання, щоб він використовувався в колісних годинниках. У той час годинники були відносно неточними, і пошук якомога точнішої коливальної системи, за допомогою якої можна було б виміряти або відобразити час, не закінчився.
Сьогодні ми знаємо різні системи коливань, такі як колесо балансу (для механічних наручних годинників), кварц (для годинників, що працюють від батареї) або навіть маятник. Останній досі є найточнішим механічним генератором, який досі використовується для високоточних, нерухомих або підвішених годинників.
У 1585 р., Як уже згадувалося вище, Галілео Галілей зробив відкриття, що частота, з якою коливається маятник, головним чином визначається його довжиною та повсякденною силою тяжіння навколо нього. Крім того, він зауважив, що діапазон коливань маятника не впливає на тривалість коливань маятника, що тепер описується терміном ізохронний. Що стосується ізохронізму, то сьогодні ми знаємо, що це лише приблизно присутнє у випадку дуже малих коливань маятника.
Оскільки колись маятник, що рухається, назавжди втрачає діапазон коливань через різні перешкодні впливи, такі як сила тяжіння, опір повітря або тертя підвісу маятника, до нього через регулярні проміжки часу повинна подаватися сила. У випадку тонкого маятникового годинника за це відповідає тягар, який передає потужність маятнику за допомогою годинникового механізму. На цьому етапі слід зазначити, що в цьому випадку вага - це той запас енергії, котрий абсолютно слід віддавати перевагу, оскільки він має постійно постійну (вагову) силу.
Якщо маятник вбудований у постійно встановлений годинник, він рухається з постійною потужністю, а його довжина відрегульована до точного географічного положення, тому годинник повинен відображати час якомога точніше. Однак це не автоматично! Зараз у існуючій системі є інші фактори, що руйнують. Перш за все, це коливання температури, а також коливання тиску повітря та коливання вологості.
Набридливу вологість можна виправити дуже швидко, пофарбувавши маятникові стержні з дерева або навіть використовуючи стержні з металу.
Більш великою проблемою є відхилення внаслідок коливань температури: при високих температурах матеріали розширюються, маятники стають довшими і, отже, повільнішими, годинники сповільнюються. При низьких температурах ефект зворотний. Першим кроком було використання спеціальних порід деревини, які мало реагували на ці коливання, а потім експерименти зі складними і дорогими конструкціями різних стрижнів, виготовлених з різних металів, які мали компенсувати один одного, щоб уникнути зміни довжини стержня маятника внаслідок температури, т.зв. Іржавий маятник. Нарешті, наприкінці XIX століття французький вчений Шарль-Едуар Гійом виявив залізонікелевий сплав, який був новаторським. Коефіцієнт теплового розширення цього нового матеріалу в 10 разів нижчий, ніж у сталі, і в 5 разів менше, ніж у вибраних порід деревини. Тому цей новий "незмінний" метал отримав назву Invar.
Оскільки Invar все ще має низьке теплове розширення, можливі годинники з відхиленнями швидкості в кілька секунд на місяць, але кращих значень не вдалося досягти лише за допомогою Invar.
У 1896 році підприємець Зігмунд Ріфлер винайшов додатково вдосконалену компенсацію для компенсації коливань температури. Він використав інвар для маятникового стрижня і розмістив так звану компенсаційну трубку на регулюючій гайці внизу стрижня. Ця трубка була обмежена знизу регулюючою гайкою, але могла вільно розширюватися зверху (при нагріванні). Для того, щоб вдосконалити компенсацію, компенсаційна трубка досягла точно середини тіла маятника. Простіше кажучи, компенсаційна трубка розширюється вгору при нагріванні на ту величину, на яку маятниковий стрижень розширюється вниз. Таким чином, тіло маятника залишається в абсолютно однаковому положенні при різних температурах! Тепер прокладено шлях для побудови високоточних маятникових годинників, і на досягнення надзвичайно високих значень швидкості коливання температури вже не впливали.
І останнє, але не менш важливе, третій руйнівний фактор, постійно мінливий тиск повітря. І тут інноваційний винахід дозволив досягти значного поліпшення з точки зору точності - але все більше і більше про це в одній із наступних статей у журналі!
Тепер ми хочемо коротко зупинитися на регулюванні, тобто як точно регулюється маятниковий годинник.
Приблизно це робиться шляхом регулювання довжини маятника, а це означає, що маятникову лінзу потрібно рухати вгору, щоб вкоротити маятник і, таким чином, прискорити годинник. Переміщення його вниз призводить до повільнішого коливання маятника. У більшості маятникових годинників це робиться за допомогою так званої регулюючої гайки. Він розташований на нижньому кінці маятника і несе в собі тіло маятника. Якщо тепер гайку повернути таким чином, що тіло маятника піднімається, тобто зміщується вгору, маятник прискорюється, оскільки він став коротшим (щодо центру ваги).
Цього методу регулювання достатньо для більшості годинників, щоб досягти хороших значень швидкості, але не точно з точними маятниковими годинниками. Тут використовується інший непомітний винахід для досягнення значно кращих результатів ходи. Так званий бігун Huygenschen або пластина тонкого регулювання. Це точно посередині між точкою підвісу і центром ваги маятника на маятниковому стержні - в цьому положенні ефект від наступного точного регулювання є найбільшим.
Якщо маятник вже був відрегульований якомога точніше за допомогою регулюючої гайки, його слід махати якомога плавніше. І навпаки, це означає, що точність маятника, що гойдається, повинна/повинна бути додатково покращена. Якщо ви хочете змусити маятник швидше розгойдуватися, тобто вкоротити його, на регулюючу пластину потрібно покласти невеликі ваги. Відповідно, шляхом зняття тягарів, які вже є на регулюючій пластині, досягається прямо протилежного. За допомогою цього маленького трюку можна досягти найтонших змін у ході розмахуючого маятника.
Поки що на цьому етапі має бути добре, але сама тема маятника настільки вичерпна, що на ньому написані цілі книги.
Якщо ви все ще цікавитесь такою літературою, рекомендуються такі книги:
- Карл Гібель - Повні праці - ISBN: 978-3-941539-67-9
- Dipl.-Ing. Людвіг Легоцький - Технічні основи механічних годинників - ISBN: 978-3-9809557-3-7
- Клаус Менні - Годинник та його функції - ISBN: 978-3-86852-506-9
Ці та інші цікаві книги можна отримати у: