Время с собой

Знакомьтесь - роботы!

Механические часы тоже автомат-долгожитель. Он изготовляется и совершенствуется добрую тысячу лет. Этот длительный процесс оказал огромное влияние на развитие точных наук и на становление самых различных технологий. В связи с совершенствованием механизмов часов и созданием новых принципов их устройства было сделано множество научных открытий и технических изобретений.

Точное время нужно было, конечно, не только для того, чтобы точно являться на свидания и званые ужины. Определение местонахождения корабля в открытом море требует знания точного времени, которое можно хранить на корабле только при помощи достаточно точных часов. Знания точного времени требуют астрономические наблюдения, измерения скоростей движения экипажей, людей и животных, физические, механические, химические опыты, выполнявшиеся учеными, неисчислимое множество технологических процессов, сама жизнь человеческого общества. Точное время "добывали" изобретатели, механики, инженеры и ученые. Иногда все эти специальности совмещались и выступали в одном лице. Достаточно назвать хотя бы двух из числа таких лиц, чтобы понять, какое место всегда занимала проблема точного времени.

Первое упоминание о механических часах относится к 6 веку нашей эры. Первые более или менее достоверные сведения о построенных часах приходят к нам из 9 и 10 веков. До 16 века у часов была только одна часовая стрелка; в сутки они "врали" не меньше чем на пятнадцать минут, в качестве источника энергии в них использовался опускающийся груз. А затем темп усовершенствования часов сильно ускорился.

Великий итальянский физик Галилео Галилей в одном лице совмещал первооткрывателя, ученого, изобретателя и инженера. На основании дошедших до него сведений из Голландии об изобретенной там зрительной трубе он в 1609 году построил подобную трубу, дававшую трехкратное усиление. Казалось бы, в этом особенное лишь то, что он выступал здесь в качестве инженера.

Но он первым в мире догадался направить эту трубу на ночное небо. То, что он увидел, представляло собой не одно, а целый спектр великих открытий. Он открыл ни много ни мало - новую неожиданную картину мира, увидел удаленность звезд, вращение Солнца, пятна на нем и многое другое, из чего складывается современная астрономия. Он догадался, что, увеличивая оптические возможности телескопа, человек будет видеть в ночном небе все больше и больше. Галилео Галилей расширил нашу вселенную и изменил о ней все представления своих современников, став великим открывателем в ту ночь, когда взглянул в свой телескоп на небо.

Галилео Галилей тоже нуждался в точном времени и изобрел (хотя и не построил) маятниковые часы, в которых колебания маятника и счет их числа производились автоматически. В этом изобретении, как в капле воды, проявляется удивительное слияние инженерного таланта с талантом ученого.

Галилео Галилей - выдающийся ученый-механик. Его работы по формированию основных принципов механики имеют основополагающее значение для современной науки. Вместе с тем полученные им глубокие результаты он иллюстрировал на наглядных примерах решения практических задач. В качестве одного из таких примеров он рассмотрел задачу о качании маятника. И получил с первого взгляда явно неправдоподобный результат. Его выкладки показывали, что время одного полного качания, если можно так выразиться, время одного "тик-так", остается одним и тем же при различных размахах маятника, при условии, что они не очень большие. Догадаться об этом чисто интуитивно, путем прямого изобретательства, просто невозможно! Было невозможно во времена Галилео Галилея, так же как в наше время невозможно просто взять и догадаться, чему равна, например, первая космическая скорость.

Работа Галилео Галилея по исследованию движения маятника, положившая основу всей современной теории колебаний, - работа выдающегося ученого. А дальше? А дальше на первый план выступает искусство выдающегося инженера и изобретателя. Вот как можно представить себе ход его мысли.

Если время качания практически не зависит от величины размаха маятника, то, значит, каждое его качание отсчитывает один и тот же промежуток времени, каждое качание - точная единица времени, даже если размахи маятника не совсем одинаковы. И значит, считая число качаний, мы можем точно измерять время!

Все, что нужно было знать, чтобы изобрести маятниковые часы, Галилео Галилей уже знал как ученый-механик. Оставалось "только" их изобрести! И если, следуя за рассуждениями и выкладками Галилео Галилея, можно понять, как он обнаружил изохронность маятника (то есть постоянство времени его качания), то как он изобрел новый принцип действия часов, каков этот галилеевский "механизм" процесса изобретательства, понять нельзя и сегодня. По той простой причине, что сегодня, как и во времена Герона и Галилео Галилея, изобретательство в значительной мере остается особым продуктом человеческого творчества, некоторой разновидностью искусства, требующей особого таланта, дарования. Маятниковые часы не мог бы изобрести ни один "просто ученый" и ни один "просто изобретатель". Галилео Галилей совмещал обе эти "специальности", он мог изобрести часы, и он их изобрел!

И еще одно имя нельзя не вспомнить в связи с историей автоматов, отсчитывающих время. Это имя выдающегося голландского механика, физика и математика Христиана Гюйгенса, которому исполнилось 13 лет в год смерти Галилео Галилея.

При всех положительных качествах маятниковых часов им свойствен тот существенный недостаток, что они очень чувствительны к изменениям положения, ко всяческим сотрясениям и движениям их корпуса. И вот Xристиан Гюйгенс, на протяжении ряда лет занимавшийся усовершенствованием часов, предложил использовать в качестве источника периодических движений не маятник, а систему "баланс-спираль".

Представьте себе небольшое кольцо со спицами и втулкой, сидящее на свободно поворачивающейся оси, - это баланс. А спираль - спиральная пружинка, внутренний конец которой закреплен неподвижно, а наружный соединен с кольцом. Баланс и спираль образуют такую же колеблющуюся систему, как и маятник, обладающую тем же свойством изохронности. Но центр тяжести баланса в отличие от центра тяжести маятника совпадает с осью его качания. При этом на точность отсчета времени не влияют ни толчки, ни тряска, совершенно недопустимые для маятниковых часов. Теперь время можно было "носить с собой".

Свою систему Xристиан Гюйгенс предложил ровно 300 лет назад. Если вы сегодня снимете заднюю крышку ваших наручных часов, то убедитесь, насколько долговечным может быть талантливое техническое решение. И постепенно часы, бывшие некогда драгоценным и уникальным прибором, стали сначала предметом роскоши, доступным только очень богатым людям, потом ими обзавелись люди просто богатые, затем зажиточные. В наше время семиклассник опаздывает на урок не только по школьным, но и по своим часам.

Часовщики - люди, которые строили первые автоматы, получившие широкое практическое применение. Во времена Xристиана Гюйгенса и много лет спустя часовщик производил часы сам с начала до конца. Вооруженный набором инструментов и приспособлений, он пилил, обтачивал, резал, сверлил. Он один владел десятками профессий, владел в совершенстве, фигурально выражаясь, умел "подковать блоху". Он изготовлял одни часы за другими, вносил в их конструкцию усовершенствования. Часы отсчитывали не только часы и минуты, но и дни и годы, они били, звонили, играли мелодии. Множество частей, движущихся с разными скоростями, давало простор фантазии часовщика. Ведь к каждой из них можно было с помощью простого механизма присоединить другие части уже не часового механизма, а искусно изготовленного зверька, птицы, куклы. Времени на их изготовление можно было не жалеть. Драгоценные уникальные часы заказывали короли и принцы, папы и цари. Все больше людей самых разнообразных специальностей привлекалось к изготовлению часов, необходимых для этого материалов и инструментов.

К середине 18 века часовое дело стало целой отраслью производства, вероятно, тогда единственной, требовавшей столь широкого разнообразия технологических операций и точности их выполнения.

И.И.Артоболевский, А.Е.Кобринский, 1979 год