Семен Бронников - История часов [Эволюция от солнечных до водородных]

Механические часы совершили революцию в определении времени. Их усовершенствовали в течение пяти веков.

Прототипом первых механических часов можно считать Антикитерский механизм, обнаруженный археологами в начале XX века среди обломков античного торгового судна и датируемый II веком до новой эры. Первые механические часы с анкерным механизмом были изготовлены в Танском Китае в 725 году новой эры мастерами И Сином и Лян Линцзанем. Из Китая секрет устройства, по-видимому, попал к арабам. Анкер или анкерный механизм — это часть часового механизма, которая преобразует энергию заводной пружины в импульсы — они передаются балансу для поддержания нужного периода колебаний. Это нужно для равномерного и четкого вращения шестереночного механизма. Анкерный механизм — это конструкция из вилки, двойного маятника, баланса и анкерного колеса.

Первые маятниковые часы изобретены в Германии около 1000 года аббатом Гербертом — будущим папой Сильвестром II, но широкого распространения не получили. О колесных часах с боем рассказывает Данте Алигьери в своей «Божественной комедии». Первые в Западной Европе механические часы, устанавливаемые на башнях для того, чтобы можно было разместить гиревой движитель их механизма, имели всего одну стрелку — часовую. Минуты тогда не измерялись вообще; зато такие часы нередко отмечали церковные праздники. Маятника в таких часах также не было. Башенные часы, установленные в 1354 году в Страсбурге, не имели маятника, зато отмечали: часы, части суток, праздники церковного календаря, Пасху и зависящие от нее дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трех волхвов, а позолоченный петух кукарекал и бил крыльями; специальный механизм приводил в движение маленькие цимбалы, отбивавшие время. К настоящему времени от Страсбургских часов уцелел только петух. Наиболее ранний из сохранившихся до наших дней башенный часовой механизм находится в соборе английского города Солсбери и относится к 1386 году. Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году X. Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия отличались низкой точностью хода. Ни один уважающий себя мужчина того времени не надел бы часы себе на руку. Но войны изменили порядок вещей, и в 1880 году массовое производство наручных часов для армии начала фирма Girard-Perregaux.

Первое упоминание о так называемых механических часах ученые нашли в древних византийских текстах — оно относится к 578 году.

Конструкция первых механических часов была простой. Гири на веревке, намотанной на горизонтальный вал, опускались и двигали стрелки с помощью зубчатых колес.

Сам часовой механизм был очень большим, поэтому первые часы помещали на башнях. В XI веке в Западной Европе появились башенные железные механические часы с одной стрелкой и с колокольным боем, приводившиеся в движение массивной гирей. С восходом Солнца их ставили на 0 ч. Зимой на цепь вешали тяжёлую гирю, а летом лёгкую. Чем тяжелее гиря, тем быстрее, преодолевая трение колёс, шли эти заводные часы без маятника. Сторож несколько раз в день поправлял их по солнечным часам.

В первых механических часах не было циферблата, они лишь через определённые временные отрезки подавали звуковые сигналы. По сути это был колокол, по которому через определённые промежутки времени наносились удары. Особенно удобной эта конструкция оказалась для канонических часов в соборах. В XIV веке ударное устройство приобретает форму человеческих или животных фигурок, которые в нужный момент ударяли в колокол. В крупнейших европейских городах стали появляться достаточно точные и красиво оформленные механические часы.

Первые в Западной Европе механические часы, устанавливаемые на башнях для того, чтобы можно было разместить гиревой движитель их механизма, имели всего одну стрелку — часовую. Минуты тогда не измерялись вообще; зато такие часы нередко отмечали церковные праздники. Маятника в таких часах также не было.

Первые часовые механизмы приводились в движение энергией опускающегося груза. Приводной механизм состоял из гладкого деревянного вала и намотанного на него пенькового каната с каменной, а позднее металлической гирей на конце. Благодаря силе тяжести гири, канат начинал разматываться и вращал вал. На вал было насажено большое или главное зубчатое колесо, находившееся в сцеплении с зубчатыми колесами передаточного механизма. Таким образом, вращение от вала передавалось механизму часов.

Период вращения колес в зубчатой передаче зависит от отношения диаметров входящих в нее колес (или отношения числа зубьев). Подбирая колеса с разным количеством зубьев, несложно добиться, например, чтобы одно из них совершало оборот за 12 часов. Если насадить на вал этого колеса стрелку, то она будет совершать полный оборот за то же время. Понятно, что так же можно подобрать колеса, делающие полный оборот за минуту или за час; с ними можно соединить секундную и минутную стрелки. Но такие часы появились значительно позже — только в XVIII веке, а до этого использовалась единственная часовая стрелка. Назначение передаточного механизма в таких часах состояло в том, чтобы передать и преобразовать соответствующим образом движение от главного зубчатого колеса к часовому колесу.

Однако чтобы часы могли служить для измерения времени, стрелка должна совершать свои обороты с одной и той же периодичностью. Между тем груз движется под действием сил притяжения с ускорением. Если бы гиря опускалась свободно, то вал вращался бы ускоренно, соответственно стрелка делала бы каждый следующий оборот за более короткое время, чем предыдущий. Столкнувшись с этой проблемой, средневековые механики сообразили, что ход часов не может зависеть только от движения груза. Механизм необходимо было дополнить еще одним устройством. Это устройство должно было обладать собственным, независимым «чувством времени» и в соответствии с этим управлять движением всего механизма. Так родилась идея регулятора.

В первых механических часах регулятором служило коромысло (билянец). Коромысло с древних времен применялось в таком широко распространенном устройстве, как весы. Если на каждое плечо таких коромысловых весов поместить равные грузы, а потом вывести весы из состояния равновесия, коромысло будет совершать достаточно равные колебания наподобие маятника. Хотя эта колебательная система уступает во многих отношениях маятнику, она вполне может использоваться в часах. Но любой регулятор, если постоянно не поддерживать его колебания, рано или поздно остановится. Для того чтобы часы работали, необходимо, чтобы часть двигательной энергии от главного колеса постоянно поступала к маятнику, или билянцу. Эту задачу в часах выполняет устройство, которое называется распределителем, или спуском. Спуск всегда был и остается самым сложным узлом в механических часах. Через него осуществляется связь между регулятором и передаточным механизмом. С одной стороны, спуск передает толчки от двигателя к регулятору, необходимые для поддержания колебаний последнего, а с другой стороны, подчиняет движение передаточного механизма (а, следовательно, и действие двигателя) закономерности движения регулятора. Правильный ход часов зависит главным образом от спуска. Именно над его конструкцией больше всего ломали голову изобретатели. Самый первый спуск представлял собой шпиндель с палетами, поэтому его называют шпиндельным.