[Перевод] Небольшой механизм, благодаря которому мы знаем точное время
Мало каким вещам мы уделяем столько же внимания, как времени. Мы не хотим опаздывать на работу или на свидание. Ещё больше мы не хотим стареть и умирать. Правильный учёт времени важен во всех аспектах человеческой деятельности, и мы стали беспокоиться об этом почти сразу после того, как перешли от охоты и собирательства к сельскому хозяйству и коммерции.
Часы-свеча
Измерение времени требует повторяющегося процесса для отсчёта равных промежутков и способа отслеживать и показывать результат. Первые устройства для учёта времени основывались на движении Солнца. Древние Египтяне примерно в 3500 г. до н.э. строили обелиски, которые отбрасывали тени на землю и давали тем самым приблизительное понятие о времени суток. Затем настала очередь субстанций, тратившихся с одинаковой скоростью: свечи, благовония, водяные и песочные часы. Огромный прорыв случился с изобретением механических часов и спускового механизма.
Самый ранний из известных греческий спусковой механизм водяных часов
Для работы часам нужна энергия. Спусковой механизм — это способ выпускать эту энергию малыми долями через равные временные промежутки. На анимации колесо соединено с источником энергии — пружиной или весами. Само по себе колесо будет вращаться с максимальной скоростью, пока не иссякнет энергия. Но если мы добавим якорь, колесо будет поворачиваться на несколько градусов за один раз и за равные промежутки времени — это именно то, что требуется для измерения времени.
Самый ранний спусковой механизм был описан греческим инженером Филоном Византийским в 3-м веке до н.э. Ложка с противовесом наливается из ёмкости с водой, и опрокидывается в чашу при наполнении, выпуская при этом шарик из пемзы. После опрокидывания её возвращает назад противовес, и, натягивая нить, закрывает дверцы, выпускающие шарики.
Ещё один спусковой механизм построил известный китайский учёный и изобретатель Су Сун в 1094 году. Колесо останавливалось механизмом, отпускавшим его, только когда вес наполняющегося ведра достигал определённой величины. Если вода текла с постоянной скоростью, колесо поворачивалось через равные временные интервалы. Изобретение известно как Башня астрономических часов, и было многоэтажным. Оно не сохранилось, но анимация, взятая с исторического телеканала, помогает оценить структуру и понять принцип её работы.
Первые полностью механические часы появились благодаря шпиндельному спусковому механизму. Неизвестно, откуда он появился в механических часах XIV века, но встречался в больших башнях по всей Европе. Его точность не сильно отличалась от водяных часов, но, по крайней мере, он не замерзал зимой. Шпиндельный спусковой механизм оставался главным способом отсчёта времени, вплоть до изобретения маятника и пружинного балансира в 1657 году, когда точность механизма возросла с нескольких часов в день до нескольких минут в день.
После изобретения маятниковых часов было разработано более 300 различных типов спусковых механизмов. Конечно, сейчас используется всего лишь несколько из них. Самые основные, это:
Цилиндрический механизм Томпиона/Грэма, 1695–1726
Дуплексный механизм Гука, 1700
Рычажный механизм Маджа, 1750
Стопорный механизм Арнольда, 1775
Очень интересная идея используется в кузнечиковом механизме, разработанном в 1722 году Джоном Гаррисоном. Он двигается необычно, почти гипнотизирующим образом. Главное его преимущество — очень низкое трение.
Улучшение механических часов продолжалось как в плане точности, так и в плане миниатюризации, и спусковой механизм был центральной частью любых часов. Появление электрических часов заменило механизм электрическими способами получения регулярных импульсов: соленоидами, синхронными двигателями и камертонными осцилляторами. В результате появились часы без всяких часовых механизмов.
В 1927 году в лаборатории Белла были созданы первые кварцевые часы. Для измерения временных интервалов они используют периодические колебания кристалла кварца. Seiko представила первые кварцевые часы, Astron, в 1969. Через десять лет кварц уже захватил рынок. Комбинация небольшой стоимости и высокой точности привела к «кварцевому кризису», когда механические часы почти исчезли из продажи.
Последнее улучшение пришло с появлением атомных часов, использующих переход между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома. Они позволяют отсчитывать время с беспрецедентной точностью. Их используют в спутниках GPS и любые устройства, синхронизирующиеся с ними, получают те же возможности отсчёта точного времени. В будущем, вероятно, такие часы можно будет носить на запястье.
Girard Perregaux, 2008
Сегодня всё ещё производят механические часы со спусковыми механизмами. Из-за распространения мобильных телефонов многие уже отказались даже от кварцевых часов. Но в миниатюрных механизмах присутствует какая-то внутренняя красота. Они олицетворяют триумф мастерства над точностью.
Механические часы так прекрасно бесполезны. Каждый механизм — это миниатюрный мир, крохотный, функционирующий, масса мелких и непонятных движущихся частей. Движущихся частей! И в результате эти часы в каком-то смысле живые. У них есть сердцебиение. Они, кажется, отвечают, как Тамагочи, на «любовь», в виде дорогостоящих услуг специалистов-часовщиков. Как древние паровые автомобили или мотоциклы Vincent, их можно скрупулёзно восстанавливать практически из любого состояния.
— Уильям Гибсон
Современные механические часы — это одни из самых сложных и прекрасных существующих механизмов. Они могут стоить сотни тысяч долларов, и конечно, являются предметами коллекционирования. И сегодня часовые инженеры продолжают разрабатывать спусковые механизмы в поисках методов увеличения точности и надёжности.
