Эволюция механических часов

Постепенно часы видоизменялись, совершенствовались. Вслед за карманными появились наручные часы.

Родиной наручных часов по праву считается Швейцария, ведь житель именно этой западноевропейской страны — Джон Харвуд — впервые начал массово выпускать их. Произошло это в 1923 году. Вскоре после этого в 1927 году канадец Уоррен Марризон изобрел первые кварцевые модели наручных часов, которые отличаются особо высокой точностью. Примечательно, что впервые носить часы на запястье начали задолго до всех этих событий, во времена жизни Блеза Паскаля (1623–1662), который и стал делать это первым, прикрепляя часы к руке ниткой. Безусловно, всем многообразием современных моделей часов, а главное — их точностью и надежностью, человечество обязано каждому из этапов их развития и становления.

Вначале наручные часы носили только женщины. Им нравились богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, которые отличались низкой точностью хода. Мужчины, участвующие в военных действиях, оценили необходимость наручных часов, и их массовое производство для армии начала фирма Girard-Perregaux.

Механические часы — 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 (+/-).

Механические часы состоят из нескольких основных частей:

Источник энергии — заведённая пружина или поднятая гиря.

Спусковой механизм — устройство, которое преобразует непрерывное вращательное движение в колебательное или возвратно-поступательное движение. Спусковой механизм определяет точность хода часов.

Колебательная система — маятник или балансир (баланс).

В 1770 году впервые в швейцарских часах был использован часовой механизм с автоподзаводом, так швейцарский часовщик Абрагам-Льюис Переллет реализовал свою идею «вечных» часов — часов, которые не нуждались бы в постоянном подзаводе, а заводились бы самостоятельно при ходьбе. Так появились часы, снабженные механизмом подзаводки и перевода стрелок — ремонтуар.

Позднее 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, ещё более тяжёлые), 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 заведенном состоянии. «Биндеры» работают от бытовой электросети (220 в или 110 в) либо от аккумуляторных батарей.

Создается система шестерёнок, соединяющая пружину и спусковой механизм — ангренаж.

Балансирный механизм наручных часов; подшипник на часовом камне — рубине алого цвета.

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; храповик.

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. Из-за нечувствительности к колебаниям температуры, а также благодаря большей долговечности в башенных и некоторых видах напольных и настенных часов всё равно применяется маятник.

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.

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 klok.

В часах появился репетир. От фр. r?p?ter — 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 десяти минут после часов.

Четвертной — отбивает часы и количество четвертей после часов.

В часах появился календарь. Календарь бывает разной сложности — от простого указателя числа, который приходится переводить, если в месяце менее 31 суток, до сложного механизма, учитывающего високосные года.

Создали часы, показывающие фазы Луны. Это астрономическая функция. Дополнительный циферблат или диск, отградуированный на 29,5 дней и изображающий Луну в различных фазах.

Часы стали показывать уравнение времени. Астрономическая функция в часах, учитывающая разницу между средним местным временем, которое показывают обычные часы, и реальным солнечным временем.

Стали изготавливать командирские часы с люнетом. В некоторых наручных часах (например, «Командирских», Россия) вокруг циферблата установлено поворотное кольцо с делениями (люнет, 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 четырехчасовыми промежутками между ними.

Часы с турбийоном. 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 температурными коэффициентами.

Бреге в 1795 году изобрёл, а в 1801 запатентовал турбийон (фр. tourbillon — вихрь) — устройство для частичной компенсации притяжения Земли. Турбийон состоит из баланса, анкерной вилки и анкерного колеса, расположенных на специальной вращающейся площадке (наиболее часто встречающаяся скорость вращения: 1 оборот в минуту). Это один из самых сложных и дорогих дополнительных механизмов. Максимальная точность хода недорогих механических часов достигает +5 секунд в сутки; высококачественных: до ±1 сек в сутки, недорогих кварцевых часов (это более современный механизм, для сравнения): ±1/2 сек. в сутки. Точность хода часов с турбийоном составляет: -1/+2 сек. в сутки. Часто турбийон делают видимым через окошко в циферблате. Фактически турбийон поворачивает весь часовой механизм вокруг своей оси в течение одной минуты, что, в связи с влиянием притяжения Земли, заставляет часы полминуты спешить, а следующие полминуты отставать, что нивелирует влияние притяжения Земли на точность хода.

В 2003 году известный часовщик Франк Мюллер изобрёл новую версию маятника турбийон — это был двухосевой Tourbillon Revolution. Он состоит из 2-х кареток, которые могут одновременно вращаться по горизонтали и вертикали. Таким образом, он устранил проблему, которая была присуща наручным часам с устройством турбийон. Год спустя, этот же изобретатель представил часы Tourbillon Revolution 2, которые могли вращаться уже в 3-х плоскостях.

Эффективность турбийонов многократно подвергалась сомнению с момента их изобретения. По мнению часовщика Александра Миляева, станки-автоматы делают настолько сбалансированные колёса, что турбийон просто не нужен, а часы с турбийонами являются «показателем исключительного мастерства часовщика и высокого статуса владельца».

Разрабатывается тахиметр. Шкала, расположенная по ободку многих современных часов (чаще всего встречается на хронографах). Эта шкала не вращается, она неподвижна.

Тахиметр предназначен для расчета скорости на основании времени в пути.

Индикатор запаса хода показывает, на сколько ещё часов или дней хватает завода пружины.

Особый тип часов — будильник. В указанный пользователем момент он даёт звуковой сигнал. Время сигнала задаётся с помощью дополнительной стрелки. Будильник обычно звонит 2 раза в сутки с традиционным циферблатом, разделённым на 12 часов и 1 раз с циферблатом, разделённым на 24 часа.

Будильник — первая дополнительная функция, которая была реализована в часах.

Запатентован он в 1847 году французом Антуаном Редье.

В классическом механическом настольном будильнике звук производится за счет ударов молоточком по металлическим тарелочкам. Электронные модели более мелодичны.

По исполнению будильники разделяются на малогабаритные и крупногабаритные, настольные и дорожные.

Настольные часы-будильник изготавливают с раздельными двигателями для часового механизма и сигнала. Заводятся они по отдельности.

Наручные механические часы с будильником обычно называют «сигнал». Подобные модели выпускают немногие фирмы. Так, коллекционерам известна модель под названием «президентский сверчок».

«Сверчок» (по англ, cricket) — под этим названием швейцарская компания Vulcain выпускала наручные часы с функцией будильника. Известны они тем, что их владельцами были американские президенты Дуайт Эйзенхауэр, Гарри Трумэн, Ричард Никсон и Линдон Джонсон.

С появлением кварцевых часов популярность механических будильников упала. Причин тому несколько. Настольные часы-будильник с кварцевым механизмом имеют перед классическими механическими приборами ряд преимуществ: они более точные, не требуют ежедневного завода, их легко подобрать под дизайн помещения. Кроме того, они легкие, не так боятся ударов и падений.

Часы-секундомер. Часы, которые служат для отсчёта коротких промежутков времени (например, в спорте). Секундомер позволяет в любой момент запускать и останавливать отсчёт времени, а также быстро обнулять показания. В отличие от обычных часов секундомеры не предназначены для определения текущего времени, только интервалов от одного момента до другого.

Хронографом называют механические или кварцевые часы, которые одновременно являются секундомером.

Военные часы. Часы, изготовляемые для военнослужащих различных государств и удовлетворяющие повышенным техническим и эксплуатационным требованиям.

Шахматные часы. Часы с двумя механизмами, которые служат для контроля времени в шахматах. Так же, как секундомеры, предназначены для измерения относительного времени.

Лабораторные часы-таймер. Предназначены для химиков, фотографов.

Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым (1-й класс точности механических часов — от плюс 40 до минус 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 престижа.