Виды часов

Отреставрированные в 1897 году часы Шильонского замка являются точной копией механизма, сделанного в 1543 году. © FDFA, Presence Switzerland.

Первые способы измерения времени

До XIII в. люди определяли время по звездам, по положению солнца на небе, с помощью песочных или водяных часов. Все эти приборы показывали время с большой погрешностью, и уже не могли удовлетворить потребность человека в точном времени.

Настоящий прорыв произошел тогда, когда люди догадались измерять время по новому принципу, который использовался в течение нескольких веков. Первые механические часы были изобретены в XIII веке в Италии, но точность часов на протяжении последующих трех столетий оставляла желать лучшего. Слово «час», обозначающее единицу времени, появилось лишь в XV в., а понятия минуты и секунды были введены в обиход двумя столетиями позже.

Колебания

Принцип работы любых современных часов, включая атомные, точность которых отклоняется на 1 секунду каждые 30 млн. лет, основан на колебаниях. Прибор, совершающий колебания с постоянной частотой, называется осциллятор. Образцом может служить маятник, изобретенный часовщиками в качестве регулятора равномерности хода часов (например, в обычных маятниковых настенных часах одно колебание маятника продолжается ровно секунду). Период колебаний зависит от длины маятника.

Механические часы

Маятник должен оставаться неподвижным, а, следовательно, для карманных и наручных часов, работающих в любом положении, необходимо было создать новый механизм с тем же принципом действия.

В механических часах роль маятника выполняет балансовый регулятор, или балансир, представляющий собой небольшое маховое колесико, скрепленное со спиральной пружиной. Балансир совершает крутильные колебания вокруг своей оси и соединяется с зубчатым спусковым колесом при помощи специального устройства. Вся вышеописанная система известна в механике как спусковой механизм (спуск, ход, спусковое устройство).

Существует большое количество видов спусков, но все они выполняют одну функцию - периодически освобождают зубчатую передачу в колесной системе и передают энергию пружины балансиру.

Роль зубчатых колес двоякая. С одной стороны, они контролируют частоту колебаний, с другой – регулируют стрелочный механизм.

Для работы механических часов необходимо периодически заводить пружину.

Кварцевые часы

В кварцевых часах осциллятором является кварцевый кристалл, который колеблется под действием электрического тока. Кристалл кварца обеспечивает очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а, следовательно, и высокую точность хода. Относительная погрешность часов составляет до одной минуты в год.

Кварц вращается в электрическом поле, в котором четко регулируется частота его колебаний. Хотя кварц был открыт уже в конце XIX в., первые кварцевые часы появились только в 1960 г.

Если источником энергии в механических часах служит пружина, то в кварцевых эту функцию выполняет маленькая батарейка, рассчитанная на несколько лет работы.

Атомные часы

В атомных часах осциллятором являются атомы цезия-133. Преимущество атомов состоит в том, что они колеблются с очень высокой постоянной частотой. В отличие от кварцевого кристалла, например, они не реагируют на факторы внешней среды, такие, как изменения температуры, и пр.