Мастер – класс по теме: «Ещё идут старинные часы…»

Цель: рассмотреть работу часового механизма, определить принцип работы, создать простейший крутильный маятник.

Механизм любых часов делится на четыре основные части, куда входят: источник энергии и питания; механизм передачи энергии, который может быть либо механический, в виде зубчатых шестеренок, либо электронно-механический; регулятор и синхронизатор хода; а также удобный для пользования и эксплуатации информативный дисплей или циферблат, способный подсчитывать количество колебаний часового механизма.

Давайте рассмотрим, каким образом, и по каким принципам работает механизм часов. Для упрощения восприятия для примера возьмем большие башенные часы. В таких часах источником энергии является тяжелая гиря, которая крепилась на длинную веревку или цепь, намотанную на горизонтальный вал. Под собственной тяжестью гиря тянула за веревку, и приводила в движение вал. Вращение, посредством зубчатых колес передавалось на основное колесо, которое называлось «храповое», а от него двигались стрелки на циферблате.

Но гиря очень быстро будит опускаться, скажите вы, и стрелки просто будут прокручиваться. Для того, чтобы этого не случилось в механизме часов предусмотрен специальный регулятор хода - маятниковый механизм, который за одну секунду совершал возвратно-поступательное движение давая прокручиваться «храповому» колесу только на один зуб. Для регулировки хода часов изменяли длину маятника, от чего менялась частота его движения.

Итак, в основе первых механических часов – маятник. А что же это такое? И каков принцип работы маятника?

Сегодня мы с вами создадим простой маятник, рассмотрим принцип его работы и найдём ему достойное применение. Перед Вами на столе вы видите круги, бумагу, фломастеры, нитки и иголку. Я предлагаю Вам нарисовать какую-то картинку на двух бумажных кружках. У меня нарисована заранее птичка, а с другой стороны – клетка. Теперь продеваем нитку, закручиваем конструкцию. И что же мы наблюдаем? Птичка оказалась в клетке. Каким же образом она там оказалась? В данном случае птичку «посадило» в клетку движение маятника. Этот простой механизм способен совершать определённую работу. Это было замечено ещё с глубокой древности и конечно же поставлено на службу человечеству. Задолго до изобретения маятниковых часов, человек уже использовал маятники, в частности принцип работы лежит в основе всемирно известной игрушки йо-йо.

Многие считают его глупой детской забавой и практически никто даже не догадывается, что на самом деле корни этого чертика на ниточке уходят далеко в Грецию. Именно там было найдено первое упоминание о нем (500 лет до н.э.!!!). Доказательством этому служит множество древних ваз того периода с изображением молодых людей, играющих с йо-йо. Сейчас эти вазы можно найти в Национальном музее Афин.

Эти древние игрушки обычно делали из дерева, металла или разукрашенной обожженной глины (терракота), и назывались они тогда очень просто - диск. Когда ребенок вырастал, существовал обычай преподносить игрушку детства великим богам. Ученые полагают, что йо-йо, сделанное из хрупкой глины, использовалось именно для этих ритуалов, а не для забавы. Примером тому служат стены египетских храмов, на которых были найдены рисунки йо-йо.

Исторические рукописи указывают, что в 16 столетии Филиппинские охотники использовали похожие предметы для ловли добычи. Это был отшлифованный камушек на длинном кожаном ремешке. Охотник запускал его так, что оружие обвивало шею животного и арканило его. При промахе кругляш, как на пружинке, возвращался в руки охотника. Есть мнение, что именно этот способ охоты является истинным предшественником йо-йо, но мы можем только догадываться, так как никаких реальных фактов, подтверждающих это, обнаружено не было.

Следующее историческое упоминание о йо-йо было найдено в Индии в 1765 году. Это была маленькая коробочка с рисунком девочки в красном платье, играющей с йо-йо. Спустя 25 лет йо-йо пришло в Европу и было доступно только высшим сословиям Шотландии, Франции и Англии. За это время оно приобрело множество названий и разновидностей.

В музее Франции хранится картина, написанная в 1789 году. На ней изображен будущий Король Луи XVII в возрасте четырех лет, держащий свой l’emigrette (йо-йо). Картина была написана в период Французской революции и "Господства Террора", из-за которых большинство французских аристократов были вынуждены бежать в Париж, Германию и другие страны, где бы их жизни не могли угрожать многочисленные крестьянские восстания. Отсюда йо-йо, сделанные в то время из стекла или слоновой кости, получили свое название l’emigrette,что в переводе с французского означает "покинуть страну". В этот период существовало и еще одно название йо-йо – de Coblenz, данное ему в честь города, в котором скрывалось большинство беженцев. Так эти названия отражают важную историческую связь между йо-йо и Французской Революцией.

Но йо-йо было не просто фешенебельной игрушкой французской буржуазии. Как бы ужасно это ни звучало, но для многих приговоренных к гильотине во времена революции, йо-йo было последней вещью, которую они держали в своих руках. Оно помогало отвлечься и снять напряжение в столь отчаянный момент. Таким образом, йо-йо являлось также отличным расслабляющим средством.

Но это еще не конец истории. 12 апреля 1985 года йо-йо было отправлено в космос НАСА в качестве проекта "Игрушки в Космосе", чтобы изучить эффект гравитации на различных предметах. Йо-йо медленно раскручивалось, двигаясь по веревке. Оно не могло "спать" и в условиях невесомости не могло закрутиться обратно.

Второе путешествие йо-йо в космос произошло 31 июля 1992 года на шаттле Атлантида, где было заснято его медленное вращение в условиях невесомости.

Такой маятниковый механизм был достаточно надежен, прост в эксплуатации, но имел существенный недостаток: часы, работающие по маятниковому принципу не пригодны для переноски, так как их ход сбивается. Даже перемещение таких часов в другие широты приводит к их разбалансировке - они начинают либо спешить либо отставать.

В связи с такой непрактичностью был придуман другой механизм. В качестве энергии стали применять заведенную пружину, а позже электрическую батарею. Маятниковый механизм заменили балансирным, в состав которого входят балансирное колесо, спираль, градусник и вилка. Пружина постепенно разворачивается, вращая основное зубчатое колесо. Роль маятника в таких часах выполняет спираль, регулирует – градусник, который освобождает необходимую часть энергии, балансируя тем самым ход часов. У такого механизма также существуют свои недостатки, например при изменении температурного режима изменяются свойства пружины и меняется амплитуда ее движения, в связи с чем такие детали делались из термостойких материалов.

Выше перечисленные механизмы и сегодня производятся и широко используются, но им на смену приходят кварцевые, атомные и камертонные, они более точные, не зависят от внешних воздействий.