Чтение онлайн

Маятник, не связанный с двигателем, после вывода из состояния покоя, совершив некоторое количество колебаний, останавливается. В рабочем состоянии маятник получает часть энергии двигателя, за счет чего поддерживается постоянство его колебаний.

Период колебания маятника зависит от амплитуды (размаха). При уменьшении амплитуды период колебания маятника уменьшается, и наоборот. Амплитуда колебания маятника в часах зависит от изменения плотности и влажности воздуха, от температуры окружающего воздуха, от изменения сил трения в самом часовом механизме, вследствие износа зубьев колес и, цапф осей, а также загустевания масла и т. д.

Период колебания маятника определяется его приведенной длиной, т. е. расстоянием между точкой подвеса и центром его качания. Центр тяжести маятника лежит выше центра качания.

Маятник в часах особенно чувствителен к резким изменениям температуры, вызывающим изменение длины стержня маятника. При повышениях температуры маятник удлиняется, период колебания увеличивается, часы отстают, и наоборот. Разность в показаниях между эталоном и проверяемыми часами называется поправкой. Среднесуточное отклонение часов называется вариацией. Чем точнее работают часы, тем меньше их вариация.

В процессе ремонта часов возникает необходимость регулировки их хода. Регулировка, как правило, связана с регулировкой приведенной длины маятника. Изменение приведенной длины производится смещением маятника вверх или вниз в зависимости от результатов их суточных показаний.

Перемещение центра тяжести маятника вниз вызывает отставание в показаниях часов, перемещение вверх — опережение.

Работы по регулировке маятника необходимо производить остановив его. Неосторожное обращение с маятником (резкие толчки и повороты) приводят к поломке подвесной пружины последнего. Маятники точных часов снабжаются специальными делениями на их регулировочных гайках.

В зависимости от длины стержня маятника поворот гайки в ту или иную сторону на одно деление вызывает соответствующие изменения в показаниях часов. Такие маятники снабжаются также специальными устройствами для компенсации изменений в показаниях часов при колебаниях температуры. Амплитуда колебания маятника является переменной, регулируемой величиной. В часах переносного типа — наручных, карманных и т. д. применяется иная колебательная система, воспроизводящая аналогичные гармонические колебания.

Эта система из маховика 1 (фиг. 3), укрепленного на оси 2, и спиральной пружины 3, один конец которой закреплен на оси маховика, а другой — к неподвижному основанию 4.

Фиг. 3. Колебательная система баланс-спираль.

Ось маховика свободно вращается в опорах. В изображенном на фигуре положении маховик, или, как его называют в часах, баланс, находится в состоянии покоя. Спиральная пружина (далее для краткости будем называть ее спиралью) не деформирована.

Внешним воздействием баланс может быть выведен из состояния покоя, т. е. его можно повернуть на некоторый угол по часовой или против часовой стрелки. При повороте баланса спираль будет закручиваться или раскручиваться. В спирали будут накапливаться силы противодействия, она будет стремиться принять первоначальное состояние. Повернув баланс на некоторый угол и отпустив его, мы будет наблюдать колебательный процесс.

Перемещение баланса будет происходить под воздействием сил, возникших в спирали при повороте баланса. Поворачиваясь под воздействием сил спирали, баланс будет двигаться с увеличивающейся скоростью, стремясь к положению равновесия. В своем движении баланс будет наращивать силу инерции движение и, достигнув положения равновесия (начального положения), пройдет его с наибольшей скоростью. С прохождением положения равновесия пружина полностью расходует накопленную энергию сопротивления, движение баланса за положение равновесия будет происходить под действием накопленной силы инерции, которая теперь сама будет закручивать или раскручивать спираль (в зависимости от начальной фазы).

Спираль, раскручиваясь или закручиваясь, будет накапливать силу противодействия. Скорость движения баланса при этом будет замедляться. Баланс, достигнув крайнего положения, когда сила инерции уравновесится противодействующей силой, остановится. В этом положении его скорость будет равна нулю. В последующий момент баланс начнет свое движение в обратную сторону под воздействием силы пружины. С каждым движением баланса в обе стороны угол поворота его будет уменьшаться. Уменьшение угла поворота происходит в результате сопротивления воздуха движению баланса, трения в опорах оси и внутреннего молекулярного трения в самой спирали.

Угол, на который максимально откланяется баланс от положения равновесия, называется амплитудой колебания баланса.

Процесс колебания баланса схематически изображен на фиг. 4.

Фиг. 4. Схема колебания баланса.

Ориентиром приняты перекладина баланса и точка на его ободе. В положении I баланс находится в состоянии покоя. Вращая баланс в направлении, указанном стрелкой (положения II–V), повернем его на угол порядка 300°. При этом пружина будет раскручиваться. Как только баланс будет отпущен, он устремится в исходное положение. При своем обратном движении он последовательно пройдет положения V, IV, III и II и достигнет положения I. Под действием силы инерции баланс будет вращаться дальше (положения VI– IX), а затем вновь остановится и начнет движение, повторяя весь цикл в обратном порядке. Стрелками указано направление движения.

Время, в течение которого совершается одно полное колебание баланса (перемещение из положения равновесия до крайнего положения вправо и обратно через положение равновесия до крайнего положения влево и вновь до положения равновесия), называется периодом колебания баланса.

Для получения незатухающих колебаний баланса с заданной в известных пределах амплитудой колебаний необходимо периодически сообщать ему дополнительный импульс, способный компенсировать потери, на преодоление трения.

Отличительной чертой этой колебательной системы является то, что период свободно колеблющегося баланса не зависит от величины амплитуды, т. е. эта система является изохронной.

Рассмотренные круговой маятник и баланс являются основными системами, применяемыми в приборах времени для создания периодически повторяющихся процессов, с помощью которых осуществляется измерение времени.