Механикалық сағаттардың алғашқы механизмі

Кіріспе

Ертедегі сағат механизмі

Верге (немесе тісті дөңгелек) тетігі – механикалық сағаттарда қолданылған ең ерте белгілі механикалық тетік, ол сағаттың жылдамдығын реттеп, беріліс механизмінің белгілі интервалдармен немесе «соққылармен» жылжуын қамтамасыз етеді. Верге тетіктері 13 ғасырдың соңынан бастап 19 ғасырдың ортасына дейін сағаттар мен қалта сағаттарында қолданылды. "Верге" атауы латын тіліндегі virga сөзінен шыққан, ол "таяқ" немесе "құбыр" деген мағынаны білдіреді. Оның ойлап табылуы технология тарихында маңызды оқиға, себебі ол барлық механикалық сағаттардың дамуына жағдай жасады. Бұл уақытты су сағаттарындағы сұйықтың ағыны сияқты үздіксіз процестер арқылы емес, маятниктің қозғалысы сияқты қайталамалы, тербелістік процестер арқылы өлшеуге көшті, бұл оның дәлдігін арттыруға мүмкіндік берді. Көптеген қазіргі заманғы сағаттарда тербелісті уақыт өлшегіштер пайдаланылады.

Шеңберлі және жапырақты сағаттар

Шекті қашу 13 ғасырдағы Еуропаға қатысты, онда оның табылуы алғашқы толық механикалық сағаттардың дамуына әкелді. 13 ғасырдан бастап Еуропадағы қалалық алаңдарда, соборларда және монастырларда ірі мұнара сағаттары салынып, уақытты шекті қашу арқылы фолиотты – теңгерім дөңгелегінің алғашқы түрін – итеру арқылы өлшеді. Сағаттың жылдамдығын фолиоттағы салмақтарды ішке немесе сыртқа жылжыту арқылы реттеуге болады. Шекті қашу, бәлкім, ғасырлар бұрын пайда болған қоңырау соғу механизмінен – дабылдан дамыған. Виллард де Хоннекурт 1237 жылы күнмен бірге айналатын ангел мүсініне саусағымен бағыттап тұру үшін жасалған ерекше механизмтің суретін салу арқылы шекті қашуды ойлап тапқан деген болжам бар, бірақ көпшілік пікір бұл қашу емес екендігіне келген. 13 ғасырдың соңында шекті механизм мұнара сағаттарына қолданылып, алғашқы механикалық қашу сағаты жасалды деп саналады. Астроном Роберт Англикус 1271 жылы сағатшылар қашуды ойлап табуға тырысып жатқанын, бірақ әлі табысқа жете қоймағанын жазды. Ричард Уоллингфордтың 1327 жылғы «Tractatus Horologii Astronomici» атты қолжазбасындағы қашудың ең алғашқы сипаттамасы – бұл шекті емес, «шторб» деп аталатын нұсқасы. Ол бір осьте орналасқан екі қашу дөңгелегінен тұрады, олар кезекпен радиалды тістермен жабдықталған. Шекті таяқша олардың арасындағы қысқа көлденең бөлігімен ілініп тұрады, тістер итеріп өткенде біртіндеп бір бағыттан екінші бағытқа бұрылады. Басқа мысалдары белгісіз болғамен, бұл конструкция сағаттардағы дәстүрлі шектіден бұрын пайда болған болуы мүмкін. Сағаттардың құндылығын ескеретін болсақ, маятник ойлап табылғаннан кейін көптеген шекті сағаттар осы дәл уақытты өлшеу технологиясын пайдалану үшін қайта жасалды, сондықтан ертедегі шекті және фолиотты сағаттардың өте аз бөлігі бүгінгі күнге дейін өзгеріссіз жетті. Алғашқы шекті және фолиотты сағаттардың қаншалықты дәл болғаны күмәнді, шамамен күніне бір-екі сағаттық қателік болған. Ертедегі шекті сағаттар бұрынғы су сағаттарынан көп ерекшеленбеген, сондықтан бүгінде түпнұсқа шекті және фолиотты сағаттарды тауып алу қиын. 1658 жылы теңгерім серігінің енгізілуінен кейін шекті сағаттардың да дәлдігі артты.

The verge escapement dates from 13th century Europe, where its invention led to the development of the first all mechanical clocks. Starting in the 13th century, large tower clocks were built in European town squares, cathedrals, and monasteries. They kept time by using the verge escapement to drive a foliot, a primitive type of balance wheel. The rate of the clock could be adjusted by moving the weights in or out on the foliot. The verge escapement probably evolved from an alarm mechanism to ring a bell which had appeared centuries earlier. There has been speculation that Villard de Honnecourt invented the verge escapement in 1237 with an illustration of a strange mechanism to turn an angel statue to follow the sun with its finger, but the consensus is that this was not an escapement. It is believed that sometime in the late 13th century the verge escapement mechanism was applied to tower clocks, creating the first mechanical escapement clock. Astronomer Robertus Anglicus wrote in 1271 that clockmakers were trying to invent an escapement, but hadn't been successful yet. The earliest description of an escapement, in Richard of Wallingford's 1327 manuscript Tractatus Horologii Astronomici on the clock he built at the Abbey of St. Albans, was not a verge, but a variation called a 'strob' escapement. It consisted of a pair of escape wheels on the same axle, with alternating radial teeth. The verge rod was suspended between them, with a short crosspiece that rotated first in one direction and then the other as the staggered teeth pushed past. Although no other example is known, it is possible that this design preceded the more usual verge in clocks. Since clocks were valuable, after the invention of the pendulum many verge clocks were rebuilt to use this more accurate timekeeping technology, so very few of the early verge and foliot clocks have survived unaltered to the present day. How accurate the first verge and foliot clocks were is debatable, with estimates of one to two hours error per day Early verge clocks were probably no more accurate than the previous water clocks, to the extent that it is difficult to find original verge and foliot clocks intact today. A similar increase in accuracy in verge watches followed the introduction of the balance spring in 1658.

Қалай жұмыс істейді

Шекаралық құтылу механизмі тістің пішіні тәжге ұқсас дөңгелектен тұрады, оны құтылу дөңгелегі дейді. Оның тістері аралық тістер сияқты ось бойымен алға қарай шығып тұрады және оның осі көлденең бағытта орналасқан. Оның алдында тік таяқ – шекара орналасқан, екі металл пластинасы – палеттері құтылу дөңгелегінің тістеріне қарама-қарсы жақтардан ілігеді. Палеттер параллель емес, олардың арасында бұрыш болады, сондықтан бір уақытта тек біреуі ғана тістерді ұстай алады. Шекараның жоғарғы жағына инерциялық осциллятор бекітілген, ол тепе-теңдік дөңгелегі немесе ең алғашқы сағаттардағы салмақтары екі жағында орналасқан көлденең сәуле болып табылады. Бұл – сағаттың уақыт өлшегіші. Сағаттың тісті дөңгелегі (анимацияны қараңыз) тәж дөңгелегін айналдырғанда, оның бір тісі палетке ілігіп, оны итеріп отырады.

Кемшіліктер

Күтілгендей, алғашқы ойлап табылуынан туындап, шеті кеңінен қолданылатын қашулардың ең дәлсіздері болып табылады. Ол мынадай мәселелерге ұшырайды: шеті бар сағаттар мен сағаттар қозғалтқыш күшінің өзгеруіне өте сезімтал; негізгі серпіме бұрылысы босаған кезде олар баяулайды. Бұл мәселенің себебі – дөңгелектің тістері үнемі паллеттерді итеріп, маятникті немесе тепе-теңдік дөңгелегін цикл бойына қозғалтады, ал уақытты өлшеу элементіне еркін қозғалуға мүмкіндік берілмейді. Кейінірек, олардың көлемді құрылысынан туындап, мұндай сағаттарды халық арасында «бүркіт» деп атаған. Шеті маятник сағаттарында қысқа ғана уақыт қолданылды, содан кейін шамамен 1660 жылы Роберт Гук ойлап тапқан және 1680 жылдан бастап кеңінен қолданыла бастаған зәкірлік қашумен алмастырылды. Шетінің мәселесі – ол маятниктің 80° - 100° кең доғада тербелуін қажет етті. Кристиан Гюйгенс 1674 жылы кең доғада тербелетін маятниктің дәл уақытты өлшемейтінін көрсетті, себебі оның тербелу периоды сағат механизмімен берілетін қозғалтқыш күшінің кішкентай өзгерістеріне сезімтал. Сынақтарда олар күніне бір секундтың бестен бір бөлігіне дейін дәлдік көрсетті. Бүгінде шеті тек антиквариаттық немесе антиквариаттық көшірме сағаттарда ғана кездеседі. Көптеген түпнұсқа тіреу сағаттарындағы Виктория дәуіріндегі зәкірлік қашуға жасалған өзгерістер алынып тасталды және шеті қашуының бастапқы стилі қалпына келтірілді. Сағат жасаушылар мұны «шеті қайта құру» деп атайды.