Ρολόι Huygens με ρυθμιστή εκκρεμούς και διαφυγή ατράκτου

Οι πιο σημαντικές βελτιώσεις στον μηχανισμό του ρολογιού έγιναν στο δεύτερο μισό του 17ου αιώνα από τον διάσημο Ολλανδό φυσικό Huygens, ο οποίος δημιούργησε νέους ρυθμιστές τόσο για ρολόγια ελατηρίου όσο και για ρολόγια βάρους. Ο βραχίονας rocker, που είχε χρησιμοποιηθεί για αρκετούς αιώνες πριν, είχε πολλά μειονεκτήματα. Είναι δύσκολο να το ονομάσουμε ακόμη και ρυθμιστή με τη σωστή έννοια της λέξης. Εξάλλου, ο ρυθμιστής πρέπει να είναι ικανός για ανεξάρτητες ταλαντώσεις με τη δική του συχνότητα. Ο βραχίονας βράχου ήταν, γενικά, μόνο ένας σφόνδυλος. Πολλοί εξωγενείς παράγοντες επηρέασαν τη λειτουργία του, γεγονός που επηρέασε την ακρίβεια του ρολογιού. Ο μηχανισμός έγινε πολύ πιο τέλειος όταν ένα εκκρεμές χρησιμοποιήθηκε ως ρυθμιστής.

Για πρώτη φορά, η ιδέα της χρήσης εκκρεμούς στα πιο απλά όργανα για τη μέτρηση του χρόνου ήρθε στον μεγάλο Ιταλό επιστήμονα Galileo Galilei. Υπάρχει ένας μύθος ότι το 1583, ο δεκαεννιάχρονος Γαλιλαίος, ενώ βρισκόταν στον καθεδρικό ναό της Πίζας, παρατήρησε την ταλάντευση ενός πολυελαίου. Παρατήρησε, μετρώντας τους παλμούς, ότι ο χρόνος μιας ταλάντωσης του πολυελαίου παρέμενε σταθερός, αν και η αιώρηση γινόταν όλο και λιγότερο. Αργότερα, έχοντας ξεκινήσει μια σοβαρή μελέτη των εκκρεμών, ο Galileo διαπίστωσε ότι με μια μικρή ταλάντευση (πλάτος) ταλάντευσης (μόλις μερικές μοίρες), η περίοδος ταλάντωσης του εκκρεμούς εξαρτάται μόνο από το μήκος του και έχει σταθερή διάρκεια. Τέτοιες ταλαντώσεις ονομάστηκαν ισόχρονες. Είναι πολύ σημαντικό ότι με τις ισόχρονες ταλαντώσεις, η περίοδος ταλάντωσης του εκκρεμούς δεν εξαρτάται από τη μάζα του. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα, το εκκρεμές αποδείχθηκε ότι ήταν μια πολύ βολική συσκευή για τη μέτρηση σύντομων χρονικών περιόδων. Με βάση αυτό, ο Γαλιλαίος ανέπτυξε αρκετούς απλούς μετρητές, τους οποίους χρησιμοποίησε στα πειράματά του. Αλλά λόγω της σταδιακής απόσβεσης των ταλαντώσεων, το εκκρεμές δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση μεγάλων χρονικών περιόδων.

Η δημιουργία ενός ρολογιού με εκκρεμές συνίστατο στη σύνδεση ενός εκκρεμούς με μια συσκευή για να διατηρεί τις ταλαντώσεις του και να τις μετράει. Στο τέλος της ζωής του, ο Galileo άρχισε να σχεδιάζει ένα τέτοιο ρολόι, αλλά η ανάπτυξη δεν προχώρησε περαιτέρω. Τα πρώτα ρολόγια με εκκρεμές δημιουργήθηκαν μετά τον θάνατο του μεγάλου επιστήμονα από τον γιο του. Ωστόσο, η δομή αυτών των ρολογιών κρατήθηκε αυστηρά μυστική, επομένως δεν είχαν καμία επιρροή στην ανάπτυξη της τεχνολογίας. Ανεξάρτητα από τον Γαλιλαίο, το 1657 ο Huygens συναρμολόγησε ένα μηχανικό ρολόι με ένα εκκρεμές. Κατά την αντικατάσταση του βραχίονα με ένα εκκρεμές, οι πρώτοι σχεδιαστές αντιμετώπισαν ένα δύσκολο πρόβλημα: όπως ήδη αναφέρθηκε, το εκκρεμές δημιουργεί ισόχρονες ταλαντώσεις μόνο με μικρό πλάτος, εν τω μεταξύ, η διαφυγή της ατράκτου απαιτούσε μεγάλη ταλάντευση. Στο πρώτο ρολόι Huygens, η ταλάντευση του εκκρεμούς έφτασε τις 40-50 μοίρες, γεγονός που επηρέασε αρνητικά την ακρίβεια της κίνησης. Για να αντισταθμίσει αυτό το μειονέκτημα, ο Χάιγκενς έπρεπε να επιδείξει θαύματα ευρηματικότητας. Στο τέλος, δημιούργησε ένα ειδικό εκκρεμές, το οποίο καθώς ταλαντευόταν άλλαξε μήκος και ταλαντώθηκε κατά μήκος μιας κυκλοειδούς καμπύλης. Το ρολόι του Huygens είχε ασύγκριτα μεγαλύτερη ακρίβεια από τα ρολόγια με
κουνιστή πολυθρόνα. Το ημερήσιο σφάλμα τους δεν ξεπερνούσε τα 10 δευτερόλεπτα (σε ρολόγια με ρυθμιστή rocker, το σφάλμα κυμαινόταν από 15 έως 60 λεπτά).

Νέα φυσική συσκευή - η καρδιά

Όλοι γνωρίζουν τον λεπτό πύργο που βρίσκεται στην ιταλική πόλη της Πίζας από πολυάριθμους πίνακες και φωτογραφίες. Γνωστό όχι μόνο για τις αναλογίες και τη χάρη του, αλλά και για την καταστροφή που κρέμεται από πάνω του. Ο πύργος αργά αλλά αισθητά αποκλίνει από την κατακόρυφο, σαν να υποκλίνεται.

Ο «κλίνοντας» Πύργος της Πίζας βρίσκεται στην πόλη όπου γεννήθηκε ο σύγχρονος μεγάλος Ιταλός επιστήμονας και πραγματοποίησε πολλές επιστημονικές μελέτες Galileo Galilei. Στη γενέτειρά του, ο Γαλιλαίος έγινε καθηγητής πανεπιστημίου. Καθηγητής μαθηματικών, αν και σπούδασε όχι μόνο μαθηματικά, αλλά και οπτική, αστρονομία και μηχανική.

Ας φανταστούμε ότι μια από τις όμορφες μέρες του καλοκαιριού εκείνα τα μακρινά χρόνια στεκόμαστε κοντά στον Πύργο της Πίζας, σηκώνοντας τα κεφάλια μας και βλέπουμε στην πάνω στοά... τον Γαλιλαίο. Ένας επιστήμονας θαυμάζει μια όμορφη θέα της πόλης; Όχι, αυτός σαν παιχνιδιάρης μαθητής πετάει διάφορα αντικείμενα κάτω!

Ο διάτρητος Πύργος της Πίζας ήταν ακούσιος μάρτυρας των πειραμάτων του Galileo Galilei.

Μάλλον η έκπληξή μας θα αυξηθεί ακόμη περισσότερο αν κάποιος αυτή τη στιγμή πει ότι είμαστε παρόντες σε ένα από τα πιο σημαντικά φυσικά πειράματα στην ιστορία της επιστήμης.

Ο Αριστοτέλης, ένας ευρύς στοχαστής που έζησε τον 4ο αιώνα π.Χ., υποστήριξε ότι ένα ελαφρύ σώμα πέφτει από ύψος πιο αργά από ένα βαρύ. Η εξουσία του επιστήμονα ήταν τόσο μεγάλη που αυτή η δήλωση θεωρήθηκε απολύτως αληθινή για χιλιάδες χρόνια. Οι καθημερινές μας παρατηρήσεις, εξάλλου, συχνά φαίνονται να επιβεβαιώνουν τη σκέψη του Αριστοτέλη - ελαφρά φύλλα πετούν αργά και ομαλά από τα δέντρα στο φθινοπωρινό δάσος, το μεγάλο χαλάζι χτυπά δυνατά και γρήγορα στη στέγη...

Αλλά δεν ήταν για τίποτε που ο Γαλιλαίος είπε κάποτε: «... στις επιστήμες, χιλιάδες αυθεντίες δεν αξίζουν μια σεμνή και αληθινή δήλωση». Αμφέβαλε για την ορθότητα του Αριστοτέλη.

Η προσεκτική παρατήρηση των αιωρούμενων λαμπτήρων στον καθεδρικό ναό βοήθησε τον Γαλιλαίο να καθορίσει τα μοτίβα κίνησης των εκκρεμών.

Πώς θα συμπεριφερθούν και τα δύο σώματα - ελαφριά και βαριά - αν είναι στερεωμένα μεταξύ τους; Έχοντας κάνει αυτό το ερώτημα, ο Γαλιλαίος συλλογίστηκε περαιτέρω: ένα ελαφρύ σώμα πρέπει να επιβραδύνει την κίνηση ενός βαριού, αλλά μαζί αποτελούν ένα ακόμη βαρύτερο σώμα και, ως εκ τούτου, είναι υποχρεωμένοι (σύμφωνα με τον Αριστοτέλη) να πέφτουν ακόμη πιο γρήγορα.

Πού βρίσκεται η διέξοδος από αυτό το λογικό αδιέξοδο; Μπορούμε μόνο να υποθέσουμε ότι και τα δύο σώματα πρέπει να πέφτουν με την ίδια ταχύτητα.

Τα πειράματα επηρεάζονται αισθητά από τον αέρα - ένα ξερό φύλλο ενός δέντρου πέφτει αργά στο έδαφος χάρη στα απαλά χτυπήματα του ανέμου.

Το πείραμα πρέπει να γίνει με σώματα διαφορετικού βάρους, αλλά περίπου του ίδιου βελτιωμένου σχήματος, ώστε ο αέρας να μην κάνει τις «διορθώσεις» του στο φαινόμενο που μελετάται.

Και ο Γαλιλαίος ρίχνει από τον Πύργο της Πίζας την ίδια στιγμή μια οβίδα βάρους 80 κιλών και μια πολύ ελαφρύτερη σφαίρα μουσκέτο βάρους μόνο 200 γραμμαρίων. Και τα δύο σώματα φτάνουν στο έδαφος ταυτόχρονα!

Galileo Galilei. Συνδύαζε αρμονικά τα χαρίσματα ενός θεωρητικού φυσικού και ενός πειραματιστή.

Ο Γαλιλαίος ήθελε να μελετήσει τη συμπεριφορά των σωμάτων όταν δεν κινούνταν τόσο γρήγορα. Έφτιαξε μια ορθογώνια γούρνα με καλά γυαλισμένα τοιχώματα από μακριές ξύλινες πλάκες, την τοποθέτησε υπό γωνία και άφησε βαριές μπάλες κάτω (προσεκτικά, χωρίς να σπρώχνει).

Καλά ρολόγια δεν υπήρχαν ακόμη και ο Galileo έκρινε τον χρόνο που χρειαζόταν για κάθε πείραμα ζυγίζοντας την ποσότητα του νερού που ρέει μέσα από ένα λεπτό σωλήνα από ένα μεγάλο βαρέλι.

Με τη βοήθεια τέτοιων «επιστημονικών» οργάνων, ο Galileo καθιέρωσε ένα σημαντικό μοτίβο: η απόσταση που διανύει η μπάλα είναι ανάλογη με το τετράγωνο του χρόνου, γεγονός που επιβεβαίωσε την ιδέα του για τη δυνατότητα ενός σώματος να κινείται με σταθερή επιτάχυνση.

Μόλις μπήκε στον καθεδρικό ναό, παρατηρώντας πώς ταλαντεύονται λαμπτήρες διαφορετικών μεγεθών και μηκών, ο Galileo κατέληξε στο συμπέρασμα ότι για όλους τους λαμπτήρες που κρέμονται σε νήματα του ίδιου μήκους, η περίοδος αιώρησης από το ένα κορυφαίο σημείο στο άλλο και το ύψος των ανυψώσεων είναι το ίδιο και σταθερό - ανεξαρτήτως βάρους! Πώς να επιβεβαιώσετε ένα ασυνήθιστο και, όπως αποδείχθηκε, εντελώς σωστό συμπέρασμα; Με τι μπορούμε να συγκρίνουμε τις ταλαντώσεις των εκκρεμών, πού μπορούμε να βρούμε ένα πρότυπο χρόνου; Και ο Γαλιλαίος κατέληξε σε μια λύση που για πολλές γενιές επιστημόνων θα χρησιμεύσει ως παράδειγμα της λαμπρότητας και του πνεύματος της φυσικής σκέψης: συνέκρινε τις ταλαντώσεις ενός εκκρεμούς με τη συχνότητα των παλμών της καρδιάς του!

Εμφάνιση και δομή του πρώτου ρολογιού με εκκρεμές που εφευρέθηκε από τον Christiaan Huygens.

Μόνο περισσότερα από τριακόσια χρόνια αργότερα, στα μέσα του 20ού αιώνα, ένας άλλος σπουδαίος Ιταλός, ο Ενρίκο Φέρμι, θα πραγματοποιήσει ένα πείραμα που θύμιζε τα επιτεύγματα του Γαλιλαίου στην απλότητα και την ακρίβεια. Ο Φέρμι θα καθορίσει τη δύναμη της έκρηξης της πρώτης πειραματικής ατομικής βόμβας από την απόσταση στην οποία το κύμα έκρηξης θα μεταφέρει τα χάρτινα πέταλα από την παλάμη του...

Η σταθερότητα των ταλαντώσεων των λαμπτήρων και των εκκρεμών του ίδιου μήκους αποδείχθηκε από τον Γαλιλαίο και με βάση αυτή την αξιοσημείωτη ιδιότητα των ταλαντευόμενων σωμάτων, ο Christian Huygens δημιούργησε το πρώτο ρολόι εκκρεμούς με κανονική πορεία το 1657.

Όλοι γνωρίζουμε καλά το άνετο ρολόι με έναν «μιλώντας» κούκο που ζει μέσα σε αυτό, το οποίο προέκυψε χάρη στις παρατηρητικές δυνάμεις του Γαλιλαίου, που δεν τον εγκατέλειψαν ούτε κατά τη διάρκεια των ακολουθιών στον καθεδρικό ναό.

13/05/2002

Η εξέλιξη των ρολογιών με εκκρεμές διήρκεσε περισσότερα από τριακόσια χρόνια. Χιλιάδες εφευρέσεις στο δρόμο προς την τελειότητα. Αλλά μόνο όσοι έβαλαν το πρώτο και το τελευταίο σημείο σε αυτό το μεγάλο έπος θα μείνουν στην ιστορική μνήμη για πολύ καιρό.

Η εξέλιξη των ρολογιών με εκκρεμές διήρκεσε περισσότερα από τριακόσια χρόνια. Χιλιάδες εφευρέσεις στο δρόμο προς την τελειότητα. Αλλά μόνο όσοι σημείωσαν το πρώτο και το τελευταίο σημείο σε αυτό το μεγάλο έπος θα μείνουν στην ιστορική μνήμη για πολύ καιρό.

Ρολόι τηλεόρασης
Πριν από οποιαδήποτε ειδησεογραφική εκπομπή στην τηλεόραση, βλέπουμε ένα ρολόι, ο δεύτερος δείκτης του οποίου, με μεγάλη αξιοπρέπεια, μετρά αντίστροφα τις τελευταίες στιγμές πριν από την έναρξη του προγράμματος. Αυτό το καντράν είναι το ορατό μέρος του παγόβουνου που ονομάζεται AChF-3, το αστρονομικό ρολόι του Fedchenko. Δεν φέρει κάθε συσκευή το όνομα του σχεδιαστή της και δεν αναφέρονται όλες οι εφευρέσεις σε εγκυκλοπαίδειες.

Αυτή η τιμή απονεμήθηκε στο ρολόι του Feodosius Mikhailovich Fedchenko. Σε οποιαδήποτε άλλη χώρα, κάθε μαθητής θα γνώριζε για έναν εφευρέτη αυτού του επιπέδου. Και εδώ, πριν από 11 χρόνια, ένας εξαιρετικός σχεδιαστής έφυγε ήσυχα και σεμνά και κανείς δεν τον θυμάται καν. Γιατί; Πιθανώς, κάποτε ήταν πεισματάρης, δεν ήξερε πώς να κολακεύει και να είναι υποκριτικός, κάτι που δεν άρεσε τόσο πολύ στους επιστημονικούς υπεύθυνους.
Ένα ατύχημα βοήθησε τον Fedchenko να εφεύρει το διάσημο ρολόι. Ένα από αυτά τα μυστηριώδη ατυχήματα που τόσο κοσμούν την ιστορία της επιστήμης.

Τα πρώτα δύο σημεία στην ιστορία των ρολογιών εκκρεμούς ορίστηκαν από δύο μεγάλους επιστήμονες - τον Galileo Galilei και τον Christiaan Huygens, οι οποίοι δημιούργησαν ανεξάρτητα ρολόγια με ένα εκκρεμές και η ανακάλυψη των νόμων της ταλάντωσης του εκκρεμούς ήρθε στο Galileo επίσης τυχαία. Ένα τούβλο θα πέσει στο κεφάλι κάποιου και τίποτα δεν θα συμβεί, ούτε καν διάσειση, ενώ για άλλον ένα απλό μήλο αρκεί για να ξυπνήσει μια σκέψη κοιμισμένη στο υποσυνείδητο για να ανακαλύψει τον νόμο της παγκόσμιας έλξης. Μεγάλα ατυχήματα συμβαίνουν, κατά κανόνα, σε μεγάλες προσωπικότητες.

Το 1583, στον καθεδρικό ναό της Πίζας, ένας περίεργος νεαρός ονόματι Galileo Galilei δεν άκουσε τόσο ένα κήρυγμα όσο θαύμασε την κίνηση των πολυελαίων. Οι παρατηρήσεις των λαμπτήρων του φάνηκαν ενδιαφέρουσες και, επιστρέφοντας στο σπίτι, ο δεκαεννιάχρονος Γαλιλαίος έκανε μια πειραματική εγκατάσταση για να μελετήσει τις ταλαντώσεις των εκκρεμών - σφαιρών μολύβδου τοποθετημένες σε λεπτές κλωστές. Ο δικός του σφυγμός του χρησίμευσε ως καλό χρονόμετρο.

Έτσι, πειραματικά, ο Galileo Galilei ανακάλυψε τους νόμους της ταλάντωσης του εκκρεμούς, που μελετώνται σε κάθε σχολείο σήμερα. Αλλά ο Γαλιλαίος ήταν πολύ νέος εκείνη την εποχή για να σκεφτεί να κάνει πράξη την εφεύρεσή του. Υπάρχουν τόσα πολλά ενδιαφέροντα πράγματα γύρω μας, πρέπει να βιαστούμε. Και μόνο στο τέλος της ζωής του, ένας ηλικιωμένος, άρρωστος και τυφλός γέρος, θυμήθηκε τις νεανικές του εμπειρίες. Και του ξημέρωσε - προσαρτήστε έναν μετρητή ταλάντωσης στο εκκρεμές - και θα πάρετε ένα ακριβές ρολόι! Αλλά η δύναμη του Γαλιλαίου δεν ήταν πλέον η ίδια, ο επιστήμονας ήταν σε θέση να κάνει μόνο ένα σχέδιο ενός ρολογιού, αλλά ο γιος του Vincenzo ολοκλήρωσε το έργο, ο οποίος σύντομα πέθανε και η δημιουργία ρολογιών εκκρεμούς από τον Galileo δεν έλαβε ευρεία δημοσιότητα.

Στη συνέχεια, ο Christian Huygens έπρεπε να αποδείξει σε όλη του τη ζωή ότι η τιμή της δημιουργίας του πρώτου ρολογιού εκκρεμούς ανήκε σε αυτόν. Με την ευκαιρία αυτή το 1673 έγραψε:
«Κάποιοι ισχυρίζονται ότι ο Galileo προσπάθησε να κάνει αυτή την εφεύρεση, αλλά δεν ολοκλήρωσε τη δουλειά· αυτά τα άτομα μειώνουν μάλλον τη δόξα του Galileo παρά τη δική μου, αφού αποδεικνύεται ότι ολοκλήρωσα το ίδιο έργο με μεγαλύτερη επιτυχία από εκείνον».

Δεν έχει ιδιαίτερη σημασία ποιος από αυτούς τους δύο μεγάλους επιστήμονες είναι «πρώτος» στη δημιουργία ρολογιών με εκκρεμές. Πολύ πιο σημαντικό είναι ότι ο Christiaan Huygens δεν έφτιαξε απλώς έναν άλλο τύπο ρολογιού, αλλά δημιούργησε την επιστήμη της χρονομετρίας. Από τότε, η τάξη έχει αποκατασταθεί στην κατασκευή ρολογιών. Το «άλογο» (εξάσκηση) δεν έτρεχε πλέον μπροστά από την «ατμομηχανή» (θεωρία). Οι ιδέες του Huygens ζωντανεύουν από τον Παριζιάνο ωρολογοποιό Isaac Thuret. Έτσι είδαν το φως της δημοσιότητας ρολόγια με διάφορα σχέδια εκκρεμών που εφευρέθηκε από τον Huygens.

Η αρχή της «σταδιοδρομίας» ενός καθηγητή φυσικής
Η Feodosia Mikhailovich Fedchenko, γεννημένη το 1911, δεν γνώριζε τίποτα για τα πάθη για το εκκρεμές πριν από τριακόσια χρόνια. Και δεν σκεφτόταν καθόλου το ρολόι. Η «καριέρα» του ξεκίνησε σε ένα φτωχό αγροτικό σχολείο. Ένας απλός καθηγητής φυσικής αναγκάστηκε να γίνει ακούσιος εφευρέτης. Πώς αλλιώς, χωρίς τον κατάλληλο εξοπλισμό, μπορείτε να εξηγήσετε τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης στα περίεργα παιδιά;

Ο ταλαντούχος δάσκαλος κατασκεύασε πολύπλοκες εγκαταστάσεις επίδειξης και, πιθανότατα, οι μαθητές δεν έχασαν τα μαθήματά του. Ο πόλεμος άλλαξε τη μοίρα του νεαρού εφευρέτη· ο Fedchenko έγινε ένας εξαιρετικός μηχανικός οργάνων τανκ. Και εδώ ήταν το πρώτο κουδούνι της μοίρας - μετά το τέλος του πολέμου, στον Feodosius Mikhailovich προσφέρθηκε δουλειά στο Ινστιτούτο Μέτρων και Οργάνων Μέτρησης του Χάρκοβο, σε ένα εργαστήριο όπου, μεταξύ των επιστημονικών θεμάτων, γράφτηκαν τα εξής: «Διερεύνηση τη δυνατότητα αύξησης της ακρίβειας ενός ρολογιού με ελεύθερο εκκρεμές τύπου "Short".

Το βιβλίο αναφοράς του ήταν το «Treatise on Hours» του Christian Huygens. Έτσι ο F. M. Fedchenko γνώρισε ερήμην τους διάσημους προκατόχους του Christian Huygens και Wilhelm X. Short.

Το προτελευταίο σημείο στην ιστορία των ρολογιών με εκκρεμές τέθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Wilhelm H. Short. Είναι αλήθεια ότι για πολύ καιρό πίστευαν ότι ήταν αδύνατο να δημιουργηθεί ένα ρολόι με ένα εκκρεμές πιο ακριβές από το ρολόι του Short. Στη δεκαετία του 20 του 20ου αιώνα, αποφασίστηκε ότι ολοκληρώθηκε η εξέλιξη των συσκευών εκκρεμούς χρόνου. Κάθε αστεροσκοπείο δεν θεωρούνταν επαρκώς εξοπλισμένο αν δεν διέθετε το αστρονομικό ρολόι του Short, αλλά έπρεπε να πληρωθούν σε χρυσό.

Ένα αντίγραφο του ρολογιού του Short αγοράστηκε από το Παρατηρητήριο Pulkovo. Η αγγλική εταιρεία που τοποθέτησε τον χρονοφύλακα απαγόρευσε ακόμη και το άγγιγμα του, διαφορετικά αποποιήθηκε κάθε ευθύνη για το στήσιμο του πονηρού μηχανισμού. Στη δεκαετία του '30, το Κύριο Επιμελητήριο Βαρών και Μέτρων στο Λένινγκραντ ανατέθηκε να ξετυλίξει το μυστικό του ρολογιού του Short και να αρχίσει να παράγει από μόνο του παρόμοιες συσκευές. Ο ταλαντούχος μετρολόγος I. I. Kvanberg κοίταξε τον μηχανισμό του ρολογιού για πολλή ώρα μέσα από το ερμητικό γυαλί του κυλίνδρου και προσπάθησε, χωρίς σχέδια, να κάνει ένα αντίγραφο. Το αντίγραφο ήταν αρκετά καλό, αλλά όχι τέλειο. Ήταν αδύνατο να δω όλες τις αγγλικές λεπτότητες μέσα από το γυαλί. Ωστόσο, πριν από τον πόλεμο, το εργοστάσιο Etalon παρήγαγε αρκετά αντίγραφα ρολογιών Kvanberg.
Ήταν αυτό το «απλό» θέμα - να φτιάξω ένα ρολόι με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι έκανε ο Short - που ανατέθηκε στον νεοφερμένο F. M. Fedchenko, ο οποίος ήρθε στο Χάρκοβο μετά τον πόλεμοινστιτούτο

Πίσω στις ρίζες
Ο τεχνίτης του Χάρκοβο διαπίστωσε ότι το 1673, ο Christiaan Huygens στην «Πραγματεία για τα ρολόγια» είπε σχεδόν τα πάντα για το πώς να φτιάξεις ρολόγια εκκρεμούς. Αποδεικνύεται ότι για να είναι ακριβές το ρολόι, είναι απαραίτητο το κέντρο βάρους του εκκρεμούς στο διάστημα να περιγράφει όχι τόξο κύκλου, αλλά μέρος ενός κυκλοειδούς: την καμπύλη κατά μήκος της οποίας ένα σημείο στο χείλος του ένας τροχός που κυλά κατά μήκος του δρόμου κινείται. Σε αυτή την περίπτωση, οι ταλαντώσεις του εκκρεμούς θα είναι ισόχρονες, ανεξάρτητες από το πλάτος. Ο ίδιος ο Huygens, που θεωρητικά τεκμηριώνει τα πάντα, προσπάθησε να πετύχει τον στόχο του κάνοντας χιλιάδες εφευρέσεις, αλλά δεν πλησίασε το ιδανικό.

Οι ακόλουθοι του Huygens, συμπεριλαμβανομένου του Short, πέτυχαν ακρίβεια με διαφορετικό τρόπο - απομόνωσαν το εκκρεμές όσο το δυνατόν περισσότερο από εξωτερικές επιρροές, τοποθετώντας το ρολόι ακριβείας βαθιά στο υπόγειο, σε ένα κενό, όπου η δόνηση και η θερμοκρασία άλλαζαν ελάχιστα
Ο Fedchenko, από την άλλη, ήθελε να εκπληρώσει το όνειρο του Huygens και να δημιουργήσει ένα ισόχρονο εκκρεμές. Λένε ότι όλα τα τέλεια είναι απλά. Έτσι ο Fedchenko κρέμασε το εκκρεμές σε τρία συνολικά ελατήρια - δύο μακριά στα πλάγια και ένα κοντό στη μέση. Δεν θα φαινόταν τίποτα το ιδιαίτερο, αλλά στο δρόμο προς την ανακάλυψη υπήρχαν χιλιάδες πειράματα. Δοκιμάσαμε ελατήρια χοντρά και λεπτά, μακριά και κοντά, επίπεδα και με μεταβλητή διατομή. Πέντε πολλά χρόνια υπομονετικής και επίπονης δουλειάς, η δυσπιστία των συναδέλφων του, απλά σταμάτησαν να τον προσέχουν και ξαφνικά ένα ευτυχές ατύχημα, χάρη σε ένα στοιχειώδες λάθος στη συναρμολόγηση της ανάρτησης.

Πολλές βίδες δεν σφίχτηκαν σωστά και η ανάρτηση συμπεριφέρθηκε με τέτοιο τρόπο που το εκκρεμές άρχισε να εκτελεί ισόχρονες ταλαντώσεις. Τα πειράματα ελέγχθηκαν και επανελέγχθηκαν, όλα παρέμειναν ίδια. Μια ανάρτηση εκκρεμούς τριών ελατηρίων έλυσε το πρόβλημα του Huygens - όταν άλλαξε το πλάτος της ταλάντωσης, η περίοδος παρέμεινε αμετάβλητη.
Η πρωτεύουσα, φυσικά, παρέσυρε τον ταλαντούχο εφευρέτη. Το 1953 ο F.M. Ο Fedchenko μεταφέρθηκε στη Μόσχα, στο εργαστήριο οργάνων εκκρεμούς χρόνου του Πανενωσιακού Ινστιτούτου Επιστημονικών Ερευνών Φυσικών, Τεχνικών και Ραδιομηχανικών Μετρήσεων που δημιουργήθηκε.

Φυσικά, στο Kharkov δεν άρεσε. Ο Fedchenko δέχτηκε ένα χτύπημα κάτω από τη ζώνη - δεν του έδωσαν μια εισαγόμενη εργαλειομηχανή υψηλής ακρίβειας που κόστισε πολλά χρήματα. Ο εφευρέτης έφερε μόνο τρία αντίγραφα του πρώτου πειραματικού ρολογιού AChF-1 στη Μόσχα. Για να συνεχίσει να λειτουργεί, το μηχάνημα ήταν απαραίτητο· τέτοιος εξοπλισμός δεν πωλούνταν σε καταστήματα σε όλη τη χώρα. Ήταν δύσκολο, αλλά ήταν δυνατό να βρεθεί το απαιτούμενο μηχάνημα από ιδιώτες και ο Fedchenko το βρήκε. Αλλά πώς να πληρώσετε; Το κρατικό ίδρυμα δεν εξέδωσε μετρητά, ειδικά ένα τέτοιο ποσό - έντεκα χιλιάδες ρούβλια.

Ο απελπισμένος Fedchenko, συνειδητοποιώντας ότι χωρίς εξοπλισμό ακριβείας ήταν σαν χωρίς χέρια, πήγε σε μια πραγματική περιπέτεια. Γύρισε απευθείας στον διευθυντή της Κρατικής Τράπεζας και βρήκε τόσο πειστικά λόγια για τη σημασία της εφεύρεσής του που ένας έξυπνος και θαρραλέος άνθρωπος, επαγγελματίας στον τομέα του, εμπιστεύτηκε τον πλοίαρχο, του έδωσε το απαιτούμενο ποσό σε μετρητά, απαιτώντας απλώς μια απόδειξη ως έγγραφο. Αυτό είναι ένα από τα παραδείγματα του «προφανούς αλλά απίστευτου».

Για αρκετές ακόμη δεκαετίες, ο μηχανισμός του αστρονομικού ρολογιού του Fedchenko βελτιώθηκε, μέχρι να εμφανιστεί το διάσημο μοντέλο "ACHF-3", το οποίο έφερε φήμη τόσο στον συγγραφέα όσο και στη χώρα. Ρολόγια υψηλής ακρίβειας παρουσιάστηκαν στην Παγκόσμια Έκθεση στο Μόντρεαλ και τιμήθηκαν με μετάλλια VDNKh. περιγραφές ρολογιών περιλαμβάνονται σε εγκυκλοπαίδειες και σε διάφορες σοβαρές δημοσιεύσεις για τη χρονομετρία.

Η λαμπρότητα και η τραγωδία της εφεύρεσης του Fedchenko
F. M. Fedchenko - δημιούργησε ηλεκτρονικά-μηχανικά ρολόγια εκκρεμούς υψηλής ακρίβειας σε μια εποχή που είχαν ήδη αρχίσει να εμφανίζονται συσκευές χαλαζία, μοριακές και ατομικές συσκευές χρόνου. Αυτά τα συστήματα δεν μπορούν να συγκριθούν. Το καθένα εκτελεί τις δικές του συγκεκριμένες εργασίες και είναι αναντικατάστατο στον τομέα του. Αλλά, δυστυχώς, δεν το καταλαβαίνουν όλοι αυτό. Ο Feodosia Mikhailovich Fedchenko δεν στερήθηκε ποτέ την προσοχή των επιστημόνων και των συναδέλφων του. Αλλά οι αξιωματούχοι, από τους οποίους συχνά εξαρτάται τόσο η μοίρα του ίδιου του εφευρέτη όσο και η εφεύρεσή του, δεν ξέρουν πάντα τι κάνουν.

Η Κρατική Επιτροπή Προτύπων της ΕΣΣΔ αντιμετώπισε τον διάσημο σχεδιαστή ψύχραιμα. Το 1973, η VNIIFTRI προσφέρθηκε να πληρώσει στον εφευρέτη μια αξιοπρεπή αμοιβή για περισσότερα από είκοσι πέντε χρόνια εργασίας στη δημιουργία εγχώριων αστρονομικών ρολογιών, τα οποία έφεραν στη χώρα ένα τεράστιο οικονομικό αποτέλεσμα και ανεξαρτησία από την εισαγωγή κινήσεων ρολογιών ακριβείας. Ο Gosstandart θεώρησε ότι ήταν δυνατή η μείωση της προτεινόμενης αμοιβής κατά 9 φορές, αναφέροντας το γεγονός ότι «η ακρίβεια του ρολογιού AChF-3 είναι χαμηλότερη από τα τρέχοντα ατομικά ρολόγια». Φυσικά χαμηλότερα. Αλλά υπάρχουν μόνο ατομικά ρολόγια σε ολόκληρη τη χώρα, εξυπηρετούνται από μια ολόκληρη ομάδα εργαζομένων, αυτό είναι το κρατικό πρότυπο χρόνου και συχνότητας και τα ρολόγια του Fedchenko έχουν έναν εντελώς διαφορετικό σκοπό - είναι φύλακες του χρόνου. Μέχρι τώρα, πολλά τηλεοπτικά κέντρα, αεροδρόμια, κοσμοδρόμια και παρατηρητήρια είναι εξοπλισμένα με ρολόγια Fedchenko.

Θα σκεφτόταν κανείς να συγκρίνει την ταχύτητα ενός ποδηλάτου και ενός διαστημικού πυραύλου; Και ο Gosstandart συνέκρινε τα ρολόγια εκκρεμούς του Fedchenko, τα οποία δίνουν σφάλμα ενός δευτερολέπτου σε 15 χρόνια, με τα ατομικά ρολόγια, τα οποία σφάλλουν κατά το ίδιο δευτερόλεπτο σε τριακόσιες χιλιάδες χρόνια. Μπορείτε να αξιολογήσετε μόνο ένα σύστημα παρόμοιας κατηγορίας. Για παράδειγμα, τα ρολόγια της Fedchenko, σε σύγκριση με τα ρολόγια της Short, είναι πολύ φθηνότερα, πιο οικονομικά, πιο αξιόπιστα, πιο βολικά στη χρήση και πολύ πιο ακριβή. Ας μην δίνουμε σημασία σε κοντόφθαλμους και αδίστακτους αξιωματούχους όλων των βαθμίδων. Το κύριο πράγμα είναι να θυμόμαστε και να είμαστε περήφανοι που η συμπατριώτισσά μας Feodosia Mikhailovich Fedchenko έβαλε το τελευταίο σημείο στην ανάπτυξη των ρολογιών εκκρεμούς. Ακούστε πόσο περήφανα ακούγεται - από τον Galileo και τον Huygens μέχρι τον Fedchenko!

Ο πλοίαρχος, φυσικά, ήξερε την αξία του και ήξερε ότι θα υπήρχαν μοχθηροί κριτικοί που θα προσπαθούσαν να μειώσουν τη σημασία της εφεύρεσής του. Για να μην ξεχάσουν το έργο της ζωής του, ο ίδιος ο Fedchenko ήρθε στο Πολυτεχνείο το 1970 με μια πρόταση να δεχθεί ένα δώρο και να εκθέσει ένα ρολόι του σχεδίου του. Σήμερα στη μικρή αίθουσα του μουσείου της Μόσχας μπορείτε να δείτε πολλά αριστουργήματα ωρολογοποιίας, συμπεριλαμβανομένων ρολογιών - ο εφευρέτης με κεφαλαίο "εγώ" - Feodosius Mikhailovich Fedchenko

Ένα υπέροχο παράδειγμα από την ιστορία της εφαρμογής των φυσικών ανακαλύψεων είναι η ιστορία των ρολογιών.

Το 1583, ο δεκαεννιάχρονος μαθητής Galileo Galilei, παρατηρώντας τις ταλαντώσεις ενός πολυελαίου στον καθεδρικό ναό, παρατήρησε ότι η χρονική περίοδος κατά την οποία συνέβη μια ταλάντωση ήταν σχεδόν ανεξάρτητη από το πλάτος των ταλαντώσεων. Για να μετρήσει το χρόνο, ο νεαρός Γαλιλαίος χρησιμοποίησε τον σφυγμό του, επειδή δεν υπήρχαν ακόμη ακριβή ρολόγια. Έτσι ο Γαλιλαίος έκανε την πρώτη του ανακάλυψη. Στη συνέχεια, έγινε μεγάλος επιστήμονας (θα δούμε το όνομά του περισσότερες από μία φορές στις σελίδες αυτού του σχολικού βιβλίου).

Αυτή η ανακάλυψη του Γαλιλαίου χρησιμοποιήθηκε τον 17ο αιώνα από τον Ολλανδό φυσικό Christiaan Huygens (θα μάθουμε για τις ανακαλύψεις του στο γυμνάσιο, όταν μελετήσουμε τα φωτεινά φαινόμενα). Ο Huygens σχεδίασε το πρώτο ρολόι με εκκρεμές: σε αυτά, ο χρόνος μετράται από τον αριθμό των ταλαντώσεων ενός βάρους που αιωρείται σε μια ράβδο. Τα ρολόγια εκκρεμούς ήταν πολύ πιο ακριβή από τους προκατόχους τους - ρολόγια άμμου, νερού και ήλιου: υστερούσαν ή βιάζονταν μόνο 1-2 λεπτά την ημέρα. Και σήμερα, σε μερικά σπίτια μπορείτε ακόμα να δείτε ρολόγια εκκρεμούς (Εικ. 2.4, α): χτυπούν τακτικά, μετατρέποντας τα δευτερόλεπτα του μέλλοντος σε δευτερόλεπτα του παρελθόντος.

Ρύζι. 2.4. Τα πρώτα ακριβή ρολόγια ήταν ρολόγια εκκρεμούς, αλλά ήταν αρκετά δυσκίνητα. Τα ανοιξιάτικα ρολόγια είναι πολύ πιο βολικά - μπορούν να φορεθούν στο χέρι σας (b). Τα πιο συνηθισμένα σήμερα είναι τα ρολόγια χαλαζία (c)

Ωστόσο, τα ρολόγια εκκρεμούς είναι αρκετά ογκώδη: μπορούν να τοποθετηθούν στο πάτωμα ή να κρεμαστούν στον τοίχο, αλλά δεν μπορούν να τοποθετηθούν σε μια τσέπη ή να φορεθούν στο χέρι. Τον 17ο αιώνα, ο Άγγλος φυσικός Ρόμπερτ Χουκ, μελετώντας τις ιδιότητες των ελατηρίων, ανακάλυψε έναν νόμο που αργότερα πήρε το όνομά του (θα εξοικειωθούμε σύντομα με αυτόν τον νόμο). Μία από τις συνέπειες του νόμου του Χουκ είναι παρόμοια με την ανακάλυψη του νεαρού Γαλιλαίου: αποδεικνύεται ότι η χρονική περίοδος κατά την οποία ένα ελατήριο εκτελεί μία ταλάντωση είναι επίσης σχεδόν ανεξάρτητη από το πλάτος των ταλαντώσεων. Αυτό επέτρεψε την κατασκευή του ανοιξιάτικου ρολογιού (18ος αιώνας). Οι ωρολογοποιοί έμαθαν να τα κάνουν τόσο μικρά ώστε αυτά τα ρολόγια να μπορούν να φορεθούν σε μια τσέπη ή στο χέρι (Εικ. 2.4, β). Η ακρίβεια ενός ρολογιού ελατηρίου είναι περίπου η ίδια με ένα ρολόι εκκρεμούς, αλλά τα ρολόγια με ελατήρια πρέπει να τυλίγονται κάθε μέρα και, επιπλέον, μερικές φορές αρχίζουν να βιάζονται ή να καθυστερούν ή ακόμα και να σταματούν εντελώς. Πόσοι άνθρωποι έχουν χάσει ένα τρένο ή ένα ραντεβού μόνο και μόνο επειδή το ρολόι τους ήταν αργό ή ξέχασαν να το κουρδίσουν εκείνη τη μέρα!

Τον 20ο αιώνα, αφού μελέτησαν τις ηλεκτρικές ιδιότητες του χαλαζία (ένα κοινό ορυκτό), επιστήμονες και μηχανικοί δημιούργησαν ρολόγια χαλαζία - πολύ πιο αξιόπιστα και ακριβή από τα ρολόγια ελατηρίου. Τα ρολόγια χαλαζία δεν χρειάζεται να τυλίγονται: τροφοδοτούνται από μια μπαταρία που διαρκεί αρκετούς μήνες ή και χρόνια και το σφάλμα τους δεν είναι περισσότερο από μερικά λεπτά το χρόνο. Στις μέρες μας, τα ρολόγια χαλαζία είναι τα πιο συνηθισμένα (Εικ. 2.4, γ).

Και τα πιο ακριβή σήμερα είναι τα ατομικά ρολόγια, η δράση των οποίων βασίζεται στις δονήσεις των ατόμων.

Το σχέδιο ενός μηχανισμού ρολογιού του Λεονάρντο ντα Βίντσι

Και έτσι αποδείχθηκε: κάθε διαδρομή του πολυελαίου του εκκρεμούς είχε την ίδια διάρκεια. Αργότερα, ο Γαλιλαίος καθιέρωσε: αυτή η διάρκεια, ή, όπως λένε οι φυσικοί, η περίοδος των ταλαντώσεων, δεν εξαρτάται καθόλου από τη μάζα του εκκρεμούς, αλλά μόνο από το μήκος του. Όσο πιο σύντομη είναι, τόσο λιγότερος χρόνος χρειάζεται για κάθε ταλάντωση.

Μόνο στο τέλος της ζωής του στη Villa Arcetri (κοντά στη Φλωρεντία), που καταδικάστηκε από την Ιερά Εξέταση για την αναγνώριση των διδασκαλιών του Κοπέρνικου και σχεδόν σταλμένος στον πάσσαλο, ο Γαλιλαίος μπόρεσε να αρχίσει να δημιουργεί το ρολόι που είχε από καιρό σχεδιάσει. Ένας στενός φίλος του επιστήμονα Βιβιάνι θυμάται: «Μια μέρα το 1641, όταν βρισκόμουν στη Villa Arcetri, ο Γαλιλαίος μοιράστηκε μαζί μου τις σκέψεις του σχετικά με τη δυνατότητα σύνδεσης ενός εκκρεμούς σε ένα ρολόι».

Όμως ο ηλικιωμένος επιστήμονας (ήταν ήδη 78 ετών), τυφλός και χάνοντας δυνάμεις, δεν μπορούσε να ολοκληρώσει το έργο που ξεκίνησε. Ζήτησε από τον γιο του Vincenzo να το κάνει αυτό. Ο Γαλιλαίος πέθανε αμέσως μετά. Ο Vincenzo εκπλήρωσε το αίτημα του πατέρα του και έφτιαξε ένα μοντέλο του ρολογιού, αλλά η μοίρα του αποδείχθηκε θλιβερή.

Ο μεγάλος Ιταλός επιστήμονας Galileo Galilei

Μηχανισμός του ρολογιού με εκκρεμές του Γαλιλαίου

Ο γιος του επιστήμονα Vincenzo Galilei δείχνει ένα μοντέλο του ρολογιού με εκκρεμές του πατέρα του

Ο Vincenzo έζησε για λίγο τον λαμπρό πατέρα του. Πριν από το θάνατό του, σε μια επίθεση σοβαρής ψυχικής ασθένειας, κατέστρεψε το ρολόι και για πολλά χρόνια κανείς δεν γνώριζε τίποτα γι 'αυτό.

Χαμένο πρωτάθλημα

Ο Ολλανδός επιστήμονας Christian Huygens επίσης δεν γνώριζε για το ρολόι του Γαλιλαίου. Το 1658 (16 χρόνια μετά το θάνατο του Γαλιλαίου), το μικρό βιβλίο του με τον σύντομο τίτλο «Οι Ώρες» εκδόθηκε στη Χάγη. Σε αυτό, ο Huygens έγραψε για το ρολόι με εκκρεμές που εφηύρε. Και μόλις κυκλοφόρησε αυτό το μικρό βιβλίο, ξέσπασε ένας δυσάρεστος σάλος.

Ο Viviani (το όνομά του έχει ήδη αναφερθεί) δήλωσε ότι η πρωτοκαθεδρία στην εφεύρεση του ρολογιού με εκκρεμές δεν ανήκε καθόλου στον Huygens, αλλά στον Galileo, ο οποίος ήταν πολλά χρόνια μπροστά από τον Ολλανδό.

Ρολόι εκκρεμές Christiaan Huygens με κίνηση ατράκτου

Ο Χάιγκενς ήταν έντιμος άνθρωπος και δεν αρνήθηκε την πρωτοκαθεδρία του Γαλιλαίου. Όταν ένας Γάλλος επιστήμονας του έστειλε ένα σχέδιο του ρολογιού του Γαλιλαίου, έγραψε απαντώντας: «Μου δώσατε μεγάλη χαρά στέλνοντάς μου ένα σχέδιο του ρολογιού που ξεκίνησε ο Γαλιλαίος. Βλέπω ότι έχουν ένα εκκρεμές, αλλά χρησιμοποιείται διαφορετικά από το δικό μου».

Ο Huygens διαβεβαίωσε ότι δημιούργησε το ρολόι με εκκρεμές εντελώς ανεξάρτητα, «καθοδηγούμενος μόνο από το δικό του μυαλό και τίποτα άλλο», και ως προς το σχεδιασμό του ήταν πολύ διαφορετικό από το ρολόι του Galileo. Δεν μπορεί παρά να είναι περήφανος που, ακολουθώντας τον μεγάλο Γαλιλαίο, κατέληξε στην ίδια σκέψη.

Παρόλο που ο Huygens έχασε το πρωτάθλημά του, τα πλεονεκτήματά του στην ωρολογοποιία και την επιστήμη των ρολογιών εξακολουθούν να είναι τεράστια. Μετά από αυτόν, ξεκίνησε μια νέα σελίδα στην ιστορία των ρολογιών.

Ποια ήταν όμως η δομή του ρολογιού του Huygens;

Ο διάσημος Ολλανδός επιστήμονας Christiaan Huygens

Αυτοί, όπως και το ρολόι με τα μπιλιάνετ, είχαν έναν τροχό κορώνας (μόνο διαφορετικά, οριζόντια) και έναν άξονα με παλέτες. Όταν το εκκρεμές ταλαντεύτηκε, η άτρακτος που ήταν συνδεδεμένη μαζί του με τις παλέτες του επίσης καθυστέρησε ή απελευθέρωσε τον τροχό της στεφάνης κατά ένα δόντι, δεχόμενος μια ώθηση ως απάντηση. Αυτό δεν επέτρεψε στο νομισματοκοπείο να σταματήσει. Και η περιστροφή του τροχού της κορώνας μεταδόθηκε σε άλλα γρανάζια και βέλη. Ο κινητήρας του ρολογιού ήταν ακόμα ένα βάρος κρεμασμένο σε μια αλυσίδα.

Το ημερήσιο λάθος του ρολογιού του Χάιγκενς δεν ξεπέρασε τα δέκα δευτερόλεπτα, αλλά αποδείχθηκε ότι κάτι καλύτερο μπορούσε να γίνει. Ο Άγγλος επιστήμονας Ρόμπερτ Χουκ πρότεινε ένα χτύπημα άγκυρας - πιο ακριβές από έναν άξονα. Πάνω από τον οδοντωτό τροχό, ο Χουκ τοποθέτησε μια άγκυρα, ένα κομμάτι που έμοιαζε με μια μικρή άγκυρα. Συνδεδεμένο με το εκκρεμές ταλαντευόταν κι αυτό και, κολλώντας στα δόντια του τροχού που έτρεχε, ρύθμιζε την κίνησή του. Και ως απάντηση, δεχόμενος κραδασμούς από τα δόντια, το ίδιο το εκκρεμές ταλαντεύτηκε.