Механи́ческие часы́ — часы, использующие маятник, который периодом колебаний измеряет время в течение суток, месяца, года и который приводится в движение гиревым, пружинным или электрическим источником энергии с электромеханическим преобразователем. В качестве меры времени используются инерционные свойства колебательной системы в виде классического и пружинного маятника при регулировании длинного маятника или спиральной пружины в виде балансового регулятора (+/-).
Появление судовых хронометров с пружинным маятником совершило революцию в навигации путём синхронизации хода времени и небесной сферы, что позволило надёжно определять долготу места. Дополнительным прибором установления местоположения в момент замеров стал секстант.
Мастера, изготавливающие и ремонтирующие часы, называются часовщиками. В искусстве механические часы являются символом времени.
Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым (1-й класс точности механических часов — от +40 до −20 секунд в сутки; погрешность кварцевых часов находится в пределах от 10 секунд в день до 10 секунд в год). Поэтому в настоящее время из незаменимого инструмента механические часы превращаются в символ традиций и престижа.
История
Первые механические часы с жидкостным спусковым механизмом были изготовлены в Танском Китае в 725 году нашей эры мастерами Исином и Лян Линцзанем. Из Китая секрет устройства, по-видимому, попал к арабам.
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. Наиболее древние упоминания башенных часов появляются в английских хрониках конца XIII века. Так, в 1283 году, согласно местным анналам, астрономические часы устанавливаются в соборе (Бедфордшир), а 1288 году башенные часы появляются в башне собора Вестминстерского аббатства. В начале XIV века о колёсных часах с боем рассказывает Данте Алигьери в своей «Божественной комедии».
Так, башенные часы, установленные в 1354 году в Страсбурге, не имели маятника, зато отмечали часы, части суток, праздники церковного календаря, Пасху и зависящие от неё дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трёх 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.
Лишь в XVII веке знаменитый Галилео Галилей усовершенствовал маятник, но только спустя много времени его изобретение стали использовать в часах.
В России первые башенные часы, сконструированные сербским мастером Лазарем, появились на княжеском дворе Московского Кремля в начале XV векаТроицкая летопись, 1408 г..
На данный момент старейшие башенные часы Европы находятся в Гродно, Беларусь. Они находятся в рабочем состоянии уже на протяжении более 500 лет.
Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году Х. Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, отличающиеся 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.
Конструкция механических часов Механические часы состоят из нескольких основных частей:
Источник энергии (двигатель) — заведённая пружина или поднятая гиря. Спусковой механизм — устройство, которое преобразует непрерывное вращательное движение в колебательное или возвратно-поступательное движение. Регулятор (колебательная система — маятник или баланс (устар. «балансир»)). Регулятор совместно со спусковым механизмом определяет точность хода часов. Механизм подзаводки и перевода стрелок — ремонтуар. Система зубчатых колёс, соединяющая пружину и спусковой механизм — ангренаж. Циферблат со стрелками.
Маятник Исторически первой колебательной системой был маятник. Как известно, при одинаковой амплитуде и постоянном ускорении свободного падения частота колебания математического маятника неизменна.
В состав маятникового механизма входят: Маятник; Анкер, соединённый с маятником; Анкерная шестерня.
Точность хода настраивается изменением длины маятника или длины пружины.
У классического маятникового механизма есть три недостатка. Во-первых, частота колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний (этот недостаток преодолел Гюйгенс, заставив маятник колебаться по циклоиде, а не по дуге окружности. Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды, что приблизительно верно для малых амплитуд). Во-вторых, маятниковые часы должны быть установлены неподвижно; на движущемся транспорте их применять нельзя. В-третьих, частота зависит от ускорения свободного падения, поэтому часы, выверенные на одной широте, будут отставать на более низких широтах и уходить вперёд на более высоких.
Баланс
Голландец Христиан Гюйгенс и англичанин Роберт Гук независимо друг от друга разработали другой колебательный механизм, который основан на колебаниях подпружиненного тела.
В состав балансирного механизма входят: Балансирное колесо; Спираль; Вилка; Градусник — рычаг регулировки точности; Анкерное колесо.
Точность хода регулируется градусником — рычагом, который выводит из работы некоторую часть спирали. Баланс чувствителен к колебаниям температуры, поэтому колесо и спираль делают из сплавов с небольшим коэффициентом температурного расширения. Второй вариант, более старый — делать колесо из двух разных металлов, чтобы оно изгибалось при нагреве (биметаллический баланс).
Для повышения точности хода баланс снабжался винтами, которые позволяют точно сбалансировать колесо. Появление прецизионных станков-автоматов избавило часовщиков от балансировки, винты на балансе стали чисто декоративным элементом.
Балансирный механизм применяется преимущественно в переносных часах, так как, в отличие от маятниковых, может эксплуатироваться в разных положениях. Однако вследствие нечувствительности к колебаниям температуры, а также благодаря большей долговечности в башенных и некоторых видах напольных и настенных часов всё равно применяется маятник.
Камни
В конце XVII века английский математик Фатио де Дюилье открыл метод сверления рубинов с использованием алмазного инструмента. Алмазное сверло позволяло делать в рубине отверстия небольшого диаметра с очень ровными краями; просверленные таким образом рубины могли быть использованы в качестве часовых подшипников, что повышало точность и долговечность механических часов. В марте 1705 году Фатио продемонстрировал часы на камнях в Королевском обществе.
До 1768 года часы на камнях изготавливались исключительно в Англии; на континенте этот метод впервые освоил швейцарский часовщик Фердинанд Берту. С тех пор рубиновые камни повсеместно используются в качественных механических часах.
Дополнительные механизмы, встраиваемые в часы
Кукушка, бой Через фиксированные промежутки времени (обычно через полчаса или час) часы отбивают колоколами текущее время. Как вариант: играет мелодия или фигурки-жакемары разыгрывают какую-то сценку.
Интересно, что до появления механических часов время узнавали по звуку церковных колоколов. Поэтому в первых механических часах был только бой, без циферблата. В некоторых языках башенные часы и колокол называются одним и тем же словом, например, по-голландски и то и другое будет .
Репетир От — повторять, воспроизводить. Более сложный механизм, позволяющий при нажатии на кнопку отбить время звуком. Изначально был разработан для моряков, которым надо было в тёмное время суток узнать текущее время, не разжигая огонь.
Существует несколько видов репетиров: Минутный — отбивает часы, четверти, минуты. Пятиминутный — отбивает часы и количество пятиминут после часов. Получетвертной — отбивает часы и количество получетвертей после часов. Децимальный — отбивает часы и количество десятиминут после часов. Четвертной — отбивает часы и количество четвертей после часов. Получасовой — отбивает часы и полчаса после часов. Часовой — отбивает только часы.
Календарь Календарь бывает разной сложности — от простого указателя числа, который приходится переводить, если в месяце менее 31 суток, до сложного механизма, учитывающего високосные года.
Фазы Луны Относится к астрономическим функциям. Дополнительный циферблат или диск, отградуированный на 29,5 дней и изображающий Луну в различных фазах.
Уравнение времени Астрономическая функция в часах, учитывающая разницу между средним местным временем, которое показывают обычные часы, и реальным солнечным временем.
Безель
В некоторых наручных часах (например, «Командирских», Россия) вокруг циферблата установлено поворотное кольцо с делениями (люне́т, безель). Предназначен он для того, чтобы засекать время. В водолазных часах люнет крутится только против часовой стрелки, чтобы при случайном повороте нельзя было увеличить оставшееся время (что может привести к нехватке воздуха). По водолазной традиции последние 15 или 20 минут люнета делают красными (сигнал на всплытие).
Также безель используется в «вахтенных» часах с 24-часовым циферблатом. На безеле нанесены три временных отрезка по четыре часа, с четырёхчасовыми промежутками между ними.
Автоподзавод В 1770 году впервые в швейцарских часах был использован часовой механизм с автоподзаводом, так швейцарский часовщик реализовал свою идею «вечных» часов — часов, которые не нуждались бы в постоянном подзаводе, а заводились бы самостоятельно при ходьбе.
В наручных часах устанавливается эксцентрик (на языке часовщиков ротор или сектор, так как выполнен в виде лёгкой пластины с накладкой в форме сектора дуги из тяжёлого вольфрамового сплава; в дорогих часах применяются сплавы золота), который вращается при движении руки и заводит пружину. Поэтому при постоянном ношении часов их вообще не требуется заводить. Механизм автоподзавода и пружина соединены фрикционом.
Автоподзавод положительно сказывается на точности (пружина постоянно находится в почти заведённом состоянии). В водонепроницаемых часах медленнее изнашивается резьба, которая закручивает заводную головку.
Часы с автоподзаводом толще и тяжелее часов с ручным заводом. Женские калибры с автоподзаводом достаточно капризны в силу миниатюрности их деталей. Автоподзавод бесполезен для малоподвижных людей (к примеру, находящихся в преклонном возрасте или в болезненном состоянии), а также для людей, которые носят часы лишь время от времени. Однако при наличии специального устройства для автоматического завода часов под названием «виндер» часы могут постоянно находиться в заведённом состоянии. Виндеры работают от бытовой электросети (220 В или 110 В) либо от аккумуляторных батарей.
Микроротор Разновидность ротора автоподзавода, применяемая в механических часах с функцией автоматического завода.
Турбийон
В первых механических часах точность хода могла зависеть от положения часов в пространстве и температуры окружающей среды. Для уменьшения зависимости от температуры стали применяться специальные сплавы с низкими коэффициентами температурного расширения.