ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

опубликованной в «Philosophical Transaction», математически доказал, что промежуточные пружины в ходе Мюджа могут быть так отрегулированы, что посредством этого можно добить­ ся устранения всех недостатков в изохронизме балансовых пру­ жин. Но данная конструкция хода и его регулировка требуют весьма высокой степени мастерства и влекут за собой расходы, не пропорциональные достоинствам этого хода.

Компенсация осуществляется двумя биметаллическими гра­ дусниками, действующими на плечи Т-образного рычага, несу­ щего криволинейные штифты.

В XVIII в. над усовершенствованием астронавигационных инструментов и в том числе морских часов, нужных для навига­ ции в условиях полярных морей, работал М. В. Ломоносов. Точ­ ные часы Ломоносов считал наилучшим средством для опреде­ ления долготы местонахождения корабля [19, 63—69].

П ь е р Л е р у а (1717—1785) на основе своих эксперимен­ тальных работ вполне научно определил условия, при которых действительно может быть обеспечен изохронизм колебаний ба­ лансовой спирали, установил принцип устройства разрезного би­ металлического компенсационного баланса, изобрел свободный ход, или спусковой регулятор, путем усовершенствования кото­ рого был создан хронометровый ход.

В монографии, посвященной истории морского хронометра, Гоулд отмечает, что Пьер Леруа — «француз, который лишь в небольшом долгу перед своими предшественниками, мало чем обязан своим современникам и благодаря своей гениальности изобрел часы, которые содержат весь основной механизм совре­ менного хронометра» [129, 86]. Говоря о часах, которые Леруа в 1766 г. преподнес Людовику XV, Гоулд высказал высшую пох­ валу, какая только возможна: «Это изделие, — писал он, — уве­ ковечило его имя на вечные времена как одного из величайших часовщиков, когда-либо живших на свете».

В этой характеристике Пьера Леруа остается бесспорным то, что он действительно был гениальным часовщиком, который свои­ ми трудами и изобретениями сумел заложить прочную основу для разработки современной конструкции хронометра. Однако нельзя согласиться с утверждением Гоулда, что Пьер Леруа изобрел свои часы только благодаря своей исключительной та­ лантливости. Не отрицая этого, все же нужно сказать, что в своей творческой деятельности Пьер Леруа был теснейшим обра­ зом связан со всеми традициями в области создания точных ча­ сов, которые складывались во Франции со времени Генри Сюлли, преемником которых был Жюльен Леруа — выдающийся французский часовщик, отец Пьера Леруа. Работая над созда­ нием точных балансовых часов со спиральной пружиной, Пьер Леруа был достойным преемником своего отца. В то время в усовершенствовании средств измерения времени были заинтере­ сованы не одни только часовщики. Эта проблема находилась в центре внимания и Парижской академии наук, которая в 1745 г.

объявила премию за «Наилучший способ нахождения времени в море, будь то днем или в сумерки и в особенности ночью, когда горизонт не виден». В связи с этим конкурсом Даниил Бернулли (1700—1782) в 1747 г. написал трактат «Механические и астро­ номические исследования по вопросу о лучшем способе измере­ ния времени на море» («Recherches Mecaniques Astronomiques sur la meilleure maniere de trauver l'heure en mer etc.»). За эту работу Парижской академией наук Бернулли была присуждена премия. Автор с большим знанием дела доказал исключитель­ ное значение и важность проведения исследований, направлен­ ных на создание точных часов. По его мнению, астрономические методы определения времени самым тесным образом связаны с применением точных приборов.

«Но даже когда мы дадим этим таблицам (астрономиче­ ским. — В. П.) и этим телескопам то совершенство, которое можно желать, мы найдем, что они все же недостаточны, — пи­ сал Бернулли. — Мы не всегда можем увидеть Луну, еще менее спутники Юпитера. Если даже предположить, что мы можем их наблюдать, как только нам это. потребуется, эти наблюдения оказались бы бесполезными без приборов, которые давали время со всей точностью, после того как мы его определили по Солн­ цу» [24,241].

Пьер Леруа проштудировал трактат Бернулли и сделал ряд критических замечаний, которые попали на страницы его «Ме­ муаров». В трактате Бернулли Леруа нашел для себя ряд по­ лезных рекомендаций, в частности рекомендации, имевшие от­ ношение к конструированию регулирующего устройства часов. Он принял к сведению указание Бернулли, что для обеспечения стабильности хода баланса нужно прежде всего, чтобы сам ба­ ланс был уравновешен, т. е. чтобы было соблюдено «равенство веса» по всему сечению обода и с обеих его сторон, чтобы центр баланса совпадал с центром оси баланса. Использовал Леруа и мысль, высказанную Бернулли о необходимости применения «двух спиральных балансовых пружин, поставленных в обрат­ ных направлениях». К некоторым высказываниям Бернулли Ле­ руа отнесся критически: нельзя было согласиться с Бернулли, когда он без достаточного основания сомневался в выводах нау­ ки, получивших опытное подтверждение, например в том, что изменение температуры вызывает изменения в упругой силе пру­ жины.

«В экспериментальной физике утверждается, — писал Бер­ нулли, — что замечены некоторые изменения в упругой силе пру­ жин вследствие изменений температуры. Если бы это было так, то пружина не могла бы единообразно направлять маятник (баланс с волоском. — В. П.), но я в этом глубоко не убежден» [24,241].

Не подлежит сомнению, что трактат Бернулли стимулировал творческую мысль Леруа, а премия, объявленная Парижской академией на тему, близко его затрагивавшую, поддерживала

Рис. 207. Биметаллический разрезной баланс Леруа

Рис. 208. Компенсационное устройст­ во Леруа с ртутным термометром, примененным в его морских часах

его желание создать точные часы. Стремление Леруа во что бы то ни стало выйти победителем в соревновании с другим выдаю­ щимся часовщиком того времени Фердинандом Берту было до­ полнительным фактором, способствовавшим его активизации. Поэтому утверждение Гоулда, что Леруа всем обязан только себе и ничем своим предшественникам и современникам не соот­ ветствует действительности.

Мысль применить спиральную пружину для регулирования хода часов принадлежит Гуку и Гюйгенсу, но Пьер Леруа нашел средство получить изохронную спираль. Он экспериментальным путем установил, что «во всякой пружине достаточной длины есть известная длина, при которой все колебания, большие и малые, будут одинаковой продолжительности ...при уменьше­ нии или увеличении этой известной длины спирали колебания становятся неизохронными» [274]. Итак, посредством спираль­ ной пружины определенной длины продолжительность колеба­ ний баланса можно сделать совершенно независимой от его амплитуды колебаний.

Метод изохронизации П. Леруа фактически сводится к мето­ ду компенсации изохронных ошибок путем подбора такой по­ грешности, вносимой плоской спиралью, которая могла бы ком­ пенсировать все остальные погрешности периода колебаний ба­ ланса. В непогрешимости своего метода изохронизации Леруа настолько не сомневался, что даже изготовил свои морские часы без фузеи.

Правило изохронизма, предложенное Леруа, получило и тео­ ретическое подтверждение.

Другой проблемой, приковавшей внимание Леруа, была про­ блема температурной компенсации баланса. В 1761 г. Леруа предложил биметаллический разрезной баланс (рис. 207). Обод

Пьер Леруа

баланса состоял из стальной и латунной частей, соединенных между собой заклепками. В двух диаметрально противополож­ ных местах обод был разрезан так, что получились две пары одинаковых дуг, как у современных интегральных балансов. В результате несовершенства соединения латунной и стальной частей обод баланса Леруа деформировался неравномерно, что вызывало нарушение хода часов. Леруа разработал другое ком­ пенсационное устройство, основанное на применении принципа ртутного термометра (рис. 208). К стальному балансу /, вра­ щающемуся вокруг своей оси, приделаны две стеклянные загну­ тые трубки 2, каждая из которых заканчивается пустыми шари­ ками 3, расположенными друг против друга. Оси трубок и ба­ ланса и центры шариков находятся в одной плоскости. Шарики наполняются винным спиртом, а в трубки наливается ртуть. Когда температура возрастает и вызывает увеличение диаметра баланса, то винный спирт, расширяясь, передвигает часть ртути от окружности баланса к его центру; наоборот, при понижении температуры, когда уменьшается диаметр баланса, винный спирт в шариках сжимается и часть, ртути переходит от центра к ок­ ружности. Для обеспечения эффективности действия этого ком­ пенсационного устройства необходимо: 1) подобрать шарики соответствующей вместимости; 2) иметь возможность прибли-

жать или удалять от центра баланса концы трубок с шариками;

нометрах баланс имеет меньший диаметр, амплитуда колебания может достигать 300° и более.

Леруа пришел к мысли о возможности заранее принимать в расчет влияние изменения температуры на ход хронометра и кор­ ректировать его. В записке, озаглавленной «Описание часов, пригодных для применения на море», представленной им в 1754 г. в Парижскую академию наук, он по этому поводу писал: «Чтобы устранить погрешности (в показании часов — В. П.), происходящие от изменения температуры, необходимо в ящике для часов установить термометр и перемещать часы из тепло­ го места в холодное и на основе регистрации изменений в ходе часов по показанию термометра составить таблицы, дающие величины замедления или ускорения хода часов, соответствую­ щие повышению или понижению температуры на 1 градус по термометру. Тогда погрешность часов будет известна; известная же погрешность не есть уже погрешность. После этого следует только требовать, чтобы дежурный офицер на корабле записы­ вал показания термометра при каждом заводе часов».

Третьей идеей Леруа, имевшей исключительно прогрессивное значение в истории часов, была его идея о создании свободного хода часов, которая была реализована впервые в часах новой конструкции, созданных в 1748 г.

Свободный ход (спуск), как он описан Леруа и комиссарами Академии наук Камюсом и де Фуши в их докладе, характери­ зуется так: «Основное преимущество спуска г-на Леруа состоит в том, что баланс, регулируемый в своем движении спиральной пружиной, свободен в своем обратном ходе и не испытывает ни­ какого трения, причиняемого ходовым колесом».

В морских часах Леруа были использованы две расположен­ ные навстречу одна другой спиральные пружины, длины кото­ рых подбирались опытным путем таким образом, чтобы они мог­ ли обеспечить изохронные колебания баланс—спирали; ход ча­ сов в течение 24 часов после завода должен оставаться постоянным. Такой подбор длин спиральных пружин имел в ви­ ду обеспечение изохронных колебаний баланс—спирали даже при отсутствии фузеи и промежуточного завода пружины.

Спусковое устройство, примененное в этом хронометре, существенно от­ личается от дуплекс-хода Леруа с одним ходовым колесом, описанным выше (см. с. 277). Свободный ход, примененный в морских часах Леруа (1776 г.), показан на рис. 209. Е — ходовое колесо, по форме напоминающее звездоч­ ку, имеющее шесть длинных, радиально расположенных плеч, каждое из ко­ торых снабжено на своем конце зубом. Зубцы могут вступать в контакт и покоиться либо на палете р, либо на палете р' анкера А. Последний может вращаться на оси Н, на этой же оси жестко насажены плечи сc', располо-

Рис. 209. Свободный ход для морских часов, предложенный Леруа

женные то выше, то ниже обода баланса. На этом ободе с ближайшей стороны расположен ободок rrr, а на другой, более отдаленной стороне, такой же обо­

Когда конец ободка rrr встретится с плечом с', то отклонит это плечо, после чего анкер А слегка повернется вокруг оси N и освободит зуб /. После этого зуб 2 упадет на импульсную палету / и подаст импульс балансу (и, отклонив­ шись на определенный угол, сделает свободным плечо с). Зуб / затем запи­ рается палетой р', которая благодаря своему особому устройству при контак­ те с зубом ходового колеса втягивается под него. В это время плечо с' нахо­ дится вне контакта с ободком rrr. Баланс по окончании размаха (отклонив­ шись на угол около 100°) начинает возвратное колебание.

Конец ободка ооо теперь может встретить плечо с и оказать действие на анкер, в результате зуб 1 выйдет из контакта. Ходовое колесо, повернувшись, вызовет падение зуба 2 на палету р, которая будет оттянута под зуб ходо­ вого колеса. В это время второе плечо с1 будет вне контакта с ободком ооо.

При возвращении баланса после окончания размаха весь цикл работы спус­ кового регулятора повторится снова.

В ходе Леруа импульс от ходового колеса передается балансу непосред­ ственно на его обод и один раз за полное его колебание. Ходовое колесо после импульса ложится на палету, укрепленную, как известно, отдельно от ходо­ вого колеса и баланса. Стало быть, ходовое колесо не может передавать тор­ мозной момент балансу в промежутках между импульсом и освобождением. В это время баланс движется совершенно свободно лишь под действием сил трения и упругости балансовой пружины. Импульс передается близко к поло­ жению равновесия и оказывает свое незначительное влияние на период коле­ бания баланса. Можно считать, что свободный ход Леруа является родона­ чальником хода с односторонним импульсом, применяемым до сих пор в хро­ нометрах.

Передаточный механизм морских часов Леруа состоит из четырех пар колес — трибов (см. рис. 209). Леруа отказался от применения в приводном барабане фузеи и средства для завода пружины без остановки хода часов. Балансовая пружина состояла из двух половинок, подобранных по длине так, что они обеспечивали полный изохронизм колебаний системы баланс — спи­ раль. Устройство стрелочного механизма было упрощено. Часовое колесо при­ водилось в действие прямо от трибки на оси центрального колеса.

Показатели хода морских часов Леруа по тем временам были достаточно высокие: погрешность суточного хода не превышала 32 с.

Сравнивая механическое устройство морских часов Леруа с часами Гаррисона № 4, можно убедиться, что Леруа как часов­ щик значительно превосходил Гаррисона. Часы Гаррисона отли­ чались от обычных карманных часов его времени лишь тем, что ему удалось применить стабилизатор импульса, завод пружины без остановки хода часов, диамитовые палеты и другие средст­ ва, устраняющие дефекты хода обычных часов. Леруа устранил все дефекты хода обычных часов благодаря тому, что конструи­ рование морских часов осуществлял на основе новых принципов, разработанных им вполне научно. Образно говоря, Гаррисон построил дом на песке, а Леруа — на твердом фундаменте. Кон­ струкция часов Леруа 1766 г. оказала решающее влияние на дальнейший прогресс хронометрии. Известно, что хронометровый ход, применяемый во всех современных хронометрах, полу­ чил свое развитие на основе усовершенствования свободного хода Леруа. Способ изохронизации колебаний системы баланс— спираль, биметаллический разрезной баланс, предложенный Ле­ руа, имели большое значение для развития хронометрии.

Рис. 210 показывает все регулирующее устройство, т. е. ба­ ланс со спиральными пружинами (двойными) и с компенсацион­ ным устройством в виде ртутного термометра, описанного выше (см. с. 315). Диаметр баланса 10 см, оба конца его оси движут­ ся в антифрикционных направляющих.

Ф е р д и н а н д Б е р т у (1727—1807)—швейцарский ча­ совщик, но большую часть жизни прожил в Париже. Он проявил большую находчивость как изобретатель и является автором многих трудов по часовому делу, прежде всего — по морским часам. В 1754—1773 гг. Берту сконструировал и выполнил

11 опытных образцов морских ча­ сов. Они описаны в его «Трактате о морских часах, содержащем теорию, конструкцию и работу этих часов и способы их провер­ ки, чтобы добиться с их помощью уточнения морских карт и опреде­ ления долготы на море», издан­ ном в 1773 г. в Париже.

Хронометры, которые он кон­ струировал и создавал, разнооб­ разны по устройству как в отно­ шении применения движущей си­ лы, так и регулирующих устройств. Начав с создания гру­ бых морских часов, в конструк­ ции которых содержалось доволь­ но много дефектов, Берту посте­ пенно совершенствовал свое мас­ терство, учась на ошибках и вместе с тем используя достиже­ ния Гаррисона, Леруа и других хронометристов. Оценивая дейст­ вительные заслуги Берту в созда­

нии морских часов, надо указать, что их ранние конструкции ни по идее, ни по выполнению не достигали того технического уров­ ня, какой был присущ конструкциям Гаррисона и Леруа. Но более поздние конструкции морских часов Берту приближаются к современным хронометрам, поскольку ему удалось на основе усовершенствования хода Леруа применить в них хронометровый ход.

Парижская академия наук в 1769 г. установила требуемую точность хода морских часов для определения долготы на уров­ не требований, принятых английским парламентом. «Желатель­ но, — отмечалось ею, — чтобы балансовые часы, маятниковые или другие приборы не допускали, если это возможно, расхож­ дения больше двух минут за шесть недель, а также чтобы они могли определить долготу с отклонением около полуградуса за тот же промежуток времени».

Создавая свои морские часы, Берту стремился, хотя и не всегда удачно, удовлетворить всем этим требованиям.

В статье Ф. Берту «О способе, которым можно производить испытание морских часов, чтобы утвердиться в доверии к ним при определении долготы на море» даются рекомендации, как и в каком порядке производить испытания морских часов с целью установления их пригодности для определения долготы.

С этой целью им предлагаются следующие рекомендации, 1. Сравнивать морские часы ежечасно в течение определен­ ного времени с часами, равномерность хода которых вполне

установлена. Необходимо на месте испытания иметь термометр и барометр, чтобы убедиться, что во время испытания ход часов не подвергался воздействию изменения температуры и баромет­ рического давления.

2.Последовательно подвергать часы воздействию темпера­ турных изменений: в холоде, обложив часы толченым льдом, и при жаре — в сушильной камере. Во время этих испытаний ход часов сличать с ходом часов, содержащихся при постоянной температуре.

3.Затем перенести часы на легкое судно и установить их там, где они могут быть подвержены сильным и частым толчкам от моря и откуда было бы возможно посредством сигналов срав­ нивать их ход не менее одного раза в сутки с часами, помещен­ ными на устойчивом месте и на небольшом расстоянии.

4.Если перечисленные выше испытания покажут устойчивый ход часов, то после этого можно с этими часами проделать пу­

тешествие из одного места, долгота которого хорошо известна, в другое место, долгота которого также хорошо известна.

Подобному испытанию должны подвергаться те из морских часов, которые предназначены для испытания в длительном пу­ тешествии. Ф. Берту считал, что нельзя определить пригодность часов для установления долготы места только на основании дан­ ных, полученных во время длительного путешествия и сличения хода часов лишь при отъезде и при возвращении. Во время пу­ тешествия могут иметь взаимные компенсации отставания и опе­ режения хода часов.

Вопросу определения долготы при помощи часов Берту по­ святил ряд печатных работ: «Долгота путем измерения времени или метод определения долготы на море с помощью морских часов» (Париж, 1755), «Измерения времени, применяемые в мо­ реплавании для определения долготы» (Париж, 1782), «Трактат о часах для определения долготы» (Париж, 1792), «История определения времени с помощью часов» (Париж, 1802).

Своими трудами вместе с образцами морских часов, им соз­ данных, Берту во многом способствовал внедрению во Франции способа определения долготы с помощью часов. Берту стремил­ ся, чтобы его часы соответствовали регламенту, установленному Парижской академией наук в 1769 г. Кроме того, по справедли­ вому мнению Берту, недостаточно, чтобы к концу шести недель отклонение не превышало 2 мин — необходимо также, чтобы в течение этого времени колебания были равномерными. Недопу­ стимо, чтобы морские часы сначала шли с опережением, а затем с отставанием. Для того чтобы ход морских часов был равномерным, не требуется, однако, чтобы часы были точно отрегули­ рованы по среднему времени. Достаточно знать суточный ход часов — опережение или отставание часов от среднего времени. Следовательно, как отмечал Берту, не следует смешивать часы, дающие отклонение, с часами неотрегулированными.