 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( февраль 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Уравнение часы представляют собой механические часы которая включает в себя механизм , который имитирует уравнение времени , так что пользователь может читать или рассчитать солнечное время , как было показан с помощью солнечных часов . Первые точные часы, управляемые маятником , были запатентованы Христианом Гюйгенсом в 1657 году. В течение следующих нескольких десятилетий люди все еще привыкли использовать солнечные часы и хотели иметь возможность использовать часы для определения солнечного времени. Часы с уравнениями были изобретены, чтобы удовлетворить эту потребность.
У ранних часов с уравнениями есть указатель, который перемещается, чтобы показать уравнение времени на циферблате или шкале. Сами часы работают с постоянной скоростью. Пользователь вычисляет солнечное время, добавляя уравнение времени к показаниям часов. Более поздние часы по уравнениям, созданные в 18 веке, производят компенсацию автоматически, поэтому часы показывают солнечное время напрямую. Некоторые из них также показывают среднее время , которое часто называют «часами».
Механизмы моделирования [ править ]
Все часы-уравнения включают в себя механизм, имитирующий уравнение времени, поэтому рычаг перемещается или вал вращается таким образом, чтобы отображать изменения уравнения времени в течение года. Часто используются механизмы двух типов:
Кулачковый и рычажный механизм [ править ]
В этом типе механизма вал приводится в движение часами, поэтому он вращается один раз в год с постоянной скоростью. На валу установлен кулачок , который имеет приблизительно «почковидную форму», так что его радиус представляет собой график годового изменения уравнения времени. Толкатель и рычаг упираются в кулачок, так что при вращении кулачка рычаг перемещается в соответствии с изменяющимся уравнением времени. Этот рычаг приводит в действие другие компоненты часов.
Механизм с двойным валом [ править ]
В близком приближении уравнение времени можно представить как сумму двух синусоид, одна с периодом в один год, а другая с периодом в шесть месяцев, причем относительная фаза меняется очень медленно (незначительно заметная в течение века). См. Объяснение в разделе « Уравнение времени» для получения более подробной информации.
Двухвальный механизм имеет два вала, вращающихся с постоянной скоростью: один вращается один раз в год, а другой два раза в год. Кривошипы или штифты, прикрепленные к двум валам, перемещают два конца комбинирующего рычага (иногда называемого ветвью) синусоидально; если размеры выбраны правильно, средняя точка стержня перемещается таким образом, чтобы имитировать уравнение времени.
Типы уравнительных часов [ править ]
В то время, когда производились и использовались часы-уравнения, все часы делались вручную. Нет двух абсолютно одинаковых. Многие часы с уравнениями также имеют другие функции, такие как отображение фазы луны или времени восхода и захода солнца. Не говоря уже о таких дополнениях, есть четыре различных способа работы часов. Следующие параграфы предназначены не для подробного описания отдельных часов, а для иллюстрации общих принципов работы этих четырех различных типов часов с уравнениями. Основные принципы работы конкретных часов похожи на эти, но детали различаются. Изображения и описания различных часов с уравнениями, которые до сих пор хранятся в музеях, доступны по внешним ссылкам, перечисленным ниже.
Часы без индикации солнечного времени [ править ]
Многие уравнительные часы, особенно ранние, имеют обычный часовой механизм, показывающий среднее время, а также дисплей, который показывает уравнение времени. Механизм моделирования уравнения времени управляет указателем на этом дисплее. Пользователь должен добавить уравнение времени к часам, чтобы рассчитать солнечное время.
Часы, напрямую отображающие солнечное время [ править ]
Самые поздние часы-уравнения, созданные в 18 веке, напрямую отображают солнечное время. Многие из них также отображают среднее время и уравнение времени, но пользователю не нужно выполнять сложение. Существуют три типа:
Часы с подвижной минутной разметкой [ править ]
Были сконструированы часы, в которых минутная отметка находится на круглой пластине, которую можно вращать вокруг той же оси, что и стрелки. Ось проходит через отверстие в центре пластины, а руки находятся перед пластиной. Минутная часть времени, показываемая часами, определяется положением минутной стрелки относительно отметок на пластине. Стрелка приводится в движение по часовой стрелке с постоянной скоростью часовым механизмом, а пластина вращается механизмом, моделирующим уравнение времени, вращаясь против часовой стрелки, когда уравнение времени увеличивается, и по часовой стрелке, когда оно уменьшается. Если передаточные числа правильные, часы показывают солнечное время. Среднее время также может быть показано отдельным стационарным набором минутных отметок на циферблате за краем пластины. Отображение часов не настроено на уравнение времени,поэтому показания часов немного приблизительны. Это не имеет практического эффекта, так как всегда легко увидеть, какой час правильный. Эти часы механически проще, чем другие типы, описанные ниже, но у них есть недостатки: солнечное время трудно читать, не глядя на минутные отметки, и часы не могут быть настроены наУдарь час по солнечному времени.
Часы с переменной маятником [ править ]
Эти часы включают в себя устройство в верхней части маятника, которое немного изменяет его эффективную длину, поэтому скорость часов меняется. Это устройство управляется механизмом моделирования, который перемещается для моделирования скорости изменения уравнения времени, а не его фактического значения. Например, в декабре и январе, когда уравнение времени уменьшается, поэтому солнечные часы идут медленнее, чем обычно, механизм делает маятник длиннее обычного, поэтому часы идут медленнее и идут в ногу с солнечными часами. В другое время года маятник укорачивается, поэтому часы идут быстрее, снова идя в ногу с солнечными часами. Этот тип механизма показывает только солнечное (солнечные) время. Часы, использующие его, не могут легко показывать среднее время, если не включен отдельный часовой механизм с собственным маятником.В некоторых уравнительных часах это делается, но для этого требуется, чтобы корпус часов был очень прочным, чтобы избежатьсцепление между маятником. Еще один недостаток маятниковых часов с переменным ходом состоит в том, что уравнение времени не может быть легко отображено.
Часы с механическим сложением [ править ]
В некоторых более поздних уравнительных часах маятник качается с постоянной частотой , управляя обычным часовым механизмом. Часто этот механизм приводит в действие дисплей, показывающий среднее (часы) время. Однако есть дополнительные компоненты: механизм моделирования уравнения времени, как описано выше, и устройство, которое автоматически добавляет уравнение времени к времени часов и управляет дисплеем, показывающим солнечное время. Сложение производится аналоговым методом с использованием дифференциальной передачи . [1] Этот тип механизма уравнительных часов является наиболее универсальным. Как солнечное, так и среднее время можно легко и четко отобразить, как и уравнение времени. Также легко установить отсчет часов в оба типа времени. После его изобретения в 1720 году [2] этот механизм стал стандартным и использовался на протяжении большей части 18 века, пока не прекратился спрос на часы с уравнениями.
Медленные изменения в уравнении времени [ править ]
Медленные изменения в движении Земли вызывают постепенные изменения годового хода уравнения времени. [3]График в верхней части этой статьи показывает годовое изменение, как оно есть в настоящее время, примерно в 2000 году. Много веков назад или в будущем форма графика была бы совсем другой. Большинство часов с уравнениями были построены около трех веков назад, с тех пор, когда изменение годового изменения уравнения времени было небольшим, но заметным. Часы олицетворяют годовой ход, каким он был на момент их изготовления. Они не компенсируют медленные изменения, которые тогда были неизвестны, поэтому сейчас они немного менее точны, чем когда они были новыми. Наибольшая ошибка по этой причине в настоящее время составляет около одной минуты. Спустя столетия, если эти часы выживут, ошибки будут больше.
Подобные современные устройства [ править ]
Уравнительные часы как таковые больше не используются широко. Однако компоненты, функционально те же, что и в уравнительных часах, все еще используются, например, в солнечных трекерах., которые движутся так, чтобы следовать за движением Солнца в небе. Многие из них не чувствуют положения Солнца. Вместо этого у них есть механизм, который вращается вокруг полярной оси с постоянной скоростью 15 градусов в час, что соответствует средней скорости вращения Земли относительно Солнца. Иногда создается цифровое представление этого вращения, а не физическое вращение компонента. Затем к этому постоянному вращению добавляется уравнение времени, производя вращение трекера, которое идет в ногу с видимым движением Солнца. Как правило, в этих машинах используются современные технологии, включая электронику и компьютеры, вместо механических устройств, которые использовались в исторических часах с уравнениями, но функция остается той же.
См. Также [ править ]
- Уравнение времени
- Солнечные часы
- Часы
- Дифференциал (механическое устройство)
Ссылки и сноски [ править ]
- ^ Дифференциал - это набор шестерен, которые связаны с внешним миром тремя валами (или цепями, или подобными, или некоторой комбинацией). Шестерни заставляют скорость вращения одного из валов быть пропорциональной сумме скоростей вращения двух других. У дифференциалов есть много применений. В настоящее время они используются почти во всех автомобилях, чтобы два ведущих колеса могли вращаться с разной скоростью при повороте автомобиля. Скорость двигателя пропорциональна сумме скоростей колес.
- ^ Первые уравнительные часы, которые, как известно, использовали дифференциал для сложения, были созданы Джозефом Уильямсоном в 1720 году. Эти часы также являются самыми ранними известными устройствами, которые, как известно, использовали дифференциал для каких-либо целей, хотя предыдущие постулировались.
- ^ Карни, Кевин. «Вариация уравнения времени» (PDF) .
Внешние ссылки [ править ]
Примечание. В некоторых из этих исторических материалов время часов называется «равным временем», а время солнечных часов называется «кажущимся временем» или «истинным солнечным временем».
- Переменные маятниковые часы в Британском музее .
- Часы-уравнения Британского музея с описанием.
- Карманные часы, работающие как часы с уравнением. Описание предполагает, что это механическое сложение.
- Часы с подвижной минутной разметкой на кольце.
- Письмо Джозефа Уильямсона, написанное около 1715 года, в котором говорится об изобретении часов, показывающих солнечное время, работающих с помощью подвижных минутных меток или переменной маятника.
- Уравнение времени дает иллюстрированные примеры развития часов с уравнениями.
