Подвесы маятника
| |||
Подвесы маятника Существуют подвесы маятника нескольких типов. Из них можно назвать три наиболее распространенных типа.
Подвес проволочный
Применяется в часах с легким и коротким маятником (часы-ходики). Он состоит из стержня маятника 6, который крючком 4 надевается на петлю 3, подвешенную на скобе 2. Связь маятника с ходом осуществляется через изогнутую вилку 5, одним концом закрепленную на валике 1 и другим концом 7 в виде петли охватывающую стержень маятника.
Подвес весьма технологичен в производстве.
Подвес пружинный (пендельфедер)
Подвес пружинный — подвес самого распространенного типа. Он состоит из одной или двух плоских, тонких пружин, закрепленных своими концами в двух колодках. В верхней колодке закреплены штифт или направляющие пластины, с помощью которых подвес крепится на кронштейне механизма или корпуса часов. В нижней колодке закреплен штифт, на который надевают маятник, имеющий на конце специальный крючок.
При колебаниях маятника пружины изгибаются в ту и другую стороны. Толщину их подбирают такой, чтобы изгиб происходил на расстоянии примерно 1/3 длины пружины, считая от торца верхней колодки, т. е. в точке С1.
Подвес имеет одно замечательное свойство — создает опережение хода в часах и тем самым частично компенсирует отставание, вызываемое неизохронностью колебаний.
При отклонении маятника от положения равновесия пружины подвеса укорачивают свою длину, а соответственно и приведенную длину маятника, и тем самым уменьшают период колебания маятника. Часы с маятником, подвешенным на пендельфедере, имеют более точный и стабильный ход. На рисунке показаны три положения подвеса. В положении равновесия пружина имеет по прямой линии длину l. При отклонении вправо пружина изгибается и по прямой линии имеет длину l'. Верхний край колодки В опишет кривую, близкую по форме к циклоиде. Если бы пружина не имела упругих свойств, то верхний край колодки В описал бы дугу окружности ОО радиуса l и осью колебания была бы точка крепления С в верхней колодке А. В действительности точка колебания подвеса переместится в точку С1, и чем больше будет угол отклонения маятника, тем больше будет расстояние СС1. Оптимальным будет расстояние CC1, равное 1/3 длины l.
Из многих разновидностей пружинных подвесов наиболее простой и дешевый подвес на одной пружине, применяемый в часах с коротким маятником. Недостаток его заключается в том, что возможно нарушение колебания маятника в одной плоскости. Наиболее распространенный вид — подвес с двумя пружинами. Ширина его больше ширины подвеса с одной пружиной. Колебания его в одной плоскости более стабильны.
Подвес на призме
Подвес на призме сохранился в часах с маятниками Рифлера и Борда. Подвес на призме имеет малые потери на трение и в этом основное его преимущество; в часах нагрузка на подвес постоянна и динамична; возможны случаи сдвига призмы в подушке. Подвес требует специальных условий при установке и работе. Подвес на призме использован Борда для определения ускорения свободного падения g.
Способы изохронизации колебаний маятника разрабатывались многими выдающимися деятелями прошлых столетий. Наиболее интересным с теоретической точки зрения был способ X. Гюйгенса, который он применил в 1658 г. для маятниковых часов. X. Гюйгенс математически обосновал, что при движении линзы по циклоиде возникают изохронные колебания.
Для этого пружинный подвес маятника нужно закрепить в точке С так, чтобы пружина прилегала к двум поверхностям z1 и z2, изогнутым по циклоиде. Тогда приведенная длина l = СА = 4R и ОА = R, где R — радиус производящей окружности циклоиды.
Известно, что разверткой циклоиды служит также циклоида. Способ изохронизации X. Гюйгенса не нашел распространения и в его время, во-первых, из-за трудностей получения поверхностей подвеса, выполненных строго по циклоиде, и, во-вторых, из-за неплотного прилегания пружины к цилиндрическим поверхностям. Пружинный подвес, изобретенный Ф. М. Федченко и примененный им в астрономических часах его конструкции, приблизил реальную кривую колебаний к теоретической кривой — циклоиде. Подвес состоит из пружин 1, 2, 3; пружины 2 и 3 короче пружины 1. Благодаря особому креплению средней пружины (в точке А) она создает добавочный компенсирующий момент. Кривая СС ближе к циклоиде, чем кривая СС' при колебаниях подвеса с двумя крайними пружинами. Часы Ф. М. Федченко идут с точностью 1 с за три года, т. е. с точностью вращения Земли вокруг своей оси (1*10^-8 ед).