АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ЧАСЫ. Астрономические часы маятниковые астрономические часы
 Скачать 19.36 Kb.
|
|
АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ЧАСЫ Маятниковые астрономические часы В девятнадцатом столетии астрономы при наблюдениях звезд и планет применяли для отсчета времени различные маятниковые часы, которые имели большую вариацию хода. В период между наблюдениями хранимая ими шкала времени сильно искажалась. С изобретением новых маятниковых часов Шорта точность хода часов повысилась, а также появилась возможность хранить шкалу времени на длительном интервале между наблюдениями Получением и хранением точного времени задача службы времени не ограничивается. Не менее важной ее частью является такая организация передачи точного времени, при которой эта точность не была бы утрачена. В старину передача сигналов времени производилась с помощью механических, звуковых или световых устройств. В Петербурге ровно в полдень стреляла пушка; можно было также сверить свои часы по башенным часам Института метрологии, ныне носящего имя Д. И. Менделеева. В морских портах в качестве сигнала времени употреблялся падающий шар. С кораблей, стоящих в порту, можно было видеть, как ровно в полдень шар срывался с вершины специальной мачты и падал к ее подножию. Для нормального хода современной интенсивной жизни очень важную задачу представляет обеспечение точным временем железных дорог, почты, телеграфа и больших городов. Здесь не требуется столь высокая точность, как при астрономических и географических работах, но необходимо, чтобы с точностью до минуты во всех частях города, во всех концах нашей огромной страны все часы показывали время одинаково. Эта задача обычно решается с помощью электрических часов. В часовом хозяйстве железных дорог и учреждений связи, в часовом хозяйстве современного города электрические часы играют большую роль. Устройство их очень простое, и тем не менее с точностью до одной минуты во всех пунктах города они показывают одинаковое время. Электрические часы бывают первичные и вторичные. Первичные электрические часы имеют маятник, колеса, спуск и являются настоящими измерителями времени. Вторичные электрические часы являются лишь указателями: часового механизма в них нет, а имеется лишь сравнительно простое устройство, передвигающее стрелки раз в минуту. При каждом размыкании тока электромагнит отпускает якорь и прикрепленная к якорю "собачка", упираясь в храповое колесо, поворачивает его на один зуб. Сигналы электрического тока подаются на вторичные часы либо от центральной установки, либо от первичных электрических часов. В последние годы появились говорящие часы, сконструированные по принципу звукового кино, которые не только показывают, но и сообщают время. Для передачи точного времени ныне служат, главным образом, электрические сигналы, посылаемые с помощью телефона, телеграфа и радио. В течение последних десятилетий техника их передачи совершенствовалась, а точность соответственно возрастала. В 1904 г. Бигурдан передал ритмические сигналы времени с Парижской обсерватории, которые были приняты обсерваторией Монсури с точностью 0,02-0,03 сек. В 1905 г. регулярную передачу сигналов времени начала Вашингтонская морская обсерватория, с 1908 г. стали передавать ритмические сигналы времени с Эйфелевой башни, а с 1912 г. и с Гринвичской обсерватории. В настоящее время передача сигналов точного времени ведется во многих странах. В СССР такие Передачи ведет Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга, а также ряд других организаций. При этом для передачи по радио показаний среднего солнечного времени используется целый ряд различных программ. Например, широковещательная программа сигналов времени передается в конце каждого часа и состоит из шести коротких импульсов. Начало последнего из них соответствует времени того или иного часа и 00 мин 00 сек. В морской и воздушной навигации применяется программа из пяти серий по 60 импульсов и трех серий по шесть коротких сигналов, разделенных более длинными сигналами. Кроме того, есть еще ряд специальных программ сигналов времени. Сведения о различных специальных программах сигналов точного времени публикуются в специальных изданиях. Погрешность передачи сигналов времени по широковещательным программам составляет около ±0,01 - 0,001 сек, а по некоторым специальным ±10-4 и даже ±10-5 сек. Таким образом, в настоящее время разработаны методы и приборы, которые позволяют получать, хранить и передавать время с весьма высокой степенью точности. В последнее время в области хранения и передачи точного времени были реализованы существенно новые идеи. Предположим, что нужно, чтобы в ряде пунктов какой-либо территории точность показаний стоящих там часов была не хуже ±30 сек, при условии непрерывной работы всех этих часов в течение года. Такие требования предъявляются, например, к городским и железнодорожным часам. Требования не очень жесткие, однако для того, чтобы их выполнить с помощью автономных часов, нужно, чтобы суточный ход каждого экземпляра часов был лучше ±0,1 сек, а для этого требуются прецизионные кварцевые хронометры. Между тем, если для решения этой задачи используется система единого времени, состоящая из первичных часов и большого числа связанных с ними вторичных часов, то высокой точностью должны обладать лишь первичные. Следовательно, даже при повышенных затратах на первичные часы и соответственно малых на вторичные можно во всей системе обеспечить хорошую точность при относительно небольшой общей стоимости. Конечно, при этом нужно сделать так, чтобы вторичные часы сами не вносили ошибки. Описанные ранее вторичные часы с храповым колесом и собачкой, в которых по сигналу раз в минуту передвигается стрелка, иногда дают сбои. Причем с течением времени ошибка их показаний накапливается. В современных вторичных часах применяется различного рода проверка и коррекция показаний. Еще большую точность обеспечивают вторичные часы, в которых используется переменный ток промышленной частоты (50 гц), частота которого строго стабилизирована. Основной частью этих часов является синхронный электродвигатель, приводимый в движение переменным током. Таким образом, в этих часах сам переменный ток является непрерывным сигналом времени с периодом повторения 0,02 сек. В настоящее время создана Всемирная система единого времени ВОЗАК (WOSAC; название составлено из первых букв слов: World-wide Sinchronisation of Atomic Clocks). Главные первичные часы этой системы расположены в г. Риме, штат Нью-Йорк, США, и состоят из трех атомихронов (атомных цезиевых часов), показания которых усредняются. Таким образом обеспечивается точность отсчета времени, равная (1-3)*10-11. Эти первичные часы связаны с всемирной сетью вторичных часов. Проверка показала, что при передаче сигналов точного времени по ВОЗАК от штата Нью-Йорк (США) до острова Оаху (Гавайские острова), т. е. приблизительно на 30 000 км, согласование показаний времени обеспечивалось с точностью до 3 микросекунд. Высокая точность хранения и передачи меток времени, достигнутая в наши дни, позволяет решать сложные и новые вопросы дальней космической навигации, а также хотя и старые, но по-прежнему важные и интересные вопросы о движении земной коры. Заключение Часы, отличающиеся большой точностью и используемые при астрономических наблюдениях. Знание точного времени необходимо при решении большинства задач астрометрии, а также некоторых других разделов астрономии. С древнейших времён вплоть до 15 в. время в астрономии измерялось солнечными, песочными и водяными часами. Часы с механизмом из зубчатых колёс впервые были применены для астрономических наблюдений в 1484. Однако вследствие несовершенства регулятора показания таких часов были грубы. Маятниковые часы, созданные впервые Х. Гюйгенсом (1657), нашли широкое применение в службах времени. Невозможность пользоваться маятниковыми часами в условиях мореплавания стимулировала создание хронометра, который обеспечивает точность хода, достаточную в экспедиционных условиях, хотя и меньшую, чем у маятниковых часов. Главное требование, предъявляемое к Ч. а., сводится к обеспечению максимального постоянства периода, колебаний их регулятора (в маятниковых часах — маятника). При постоянном ускорении силы тяжести период колебаний маятника зависит: от приведённой длины маятника, от амплитуды, от плотности среды, в которой колеблется маятник. Изменение этих величин оказывает существенное влияние на ход часов. Так, изменение приведённой длины маятника, происходящее главным образом из-за непостоянства температуры, на 1 мкм вызывает изменение суточного хода часов на 0,04 сек. Для максимального уменьшения влияния температуры на ход часов стержни маятников изготовляют из материалов с малым коэффициентом температурного расширения, устраивают различные компенсационные приспособления, часы помещают в изотермические камеры. Амплитуды маятников Ч. а. обычно не превышают 120¢. Изменение этой величины на 0¢,1 изменяет суточный ход на 0,011 сек. Для устранения влияния изменении плотности среды маятник или весь механизм часов помещают в сосуд, из которого частично удалён воздух. В конце 19 — начале 20 вв. получили распространение часы Рифлера, изменение суточного хода которых не превышало ±0,01 сек. В часах Рифлера впервые был применен т. н. свободный спуск маятника (см. Часы). В 1910 была разработана конструкция маятниковых часов Шорта с суточным изменением хода, не превышавшим ±0,01 сек. Основной особенностью этих часов является применение двух маятников. Первичный («свободный») маятник, освобожденный от всякой механической работы, помещается в стеклянный цилиндр, в котором поддерживается давление 20 мм рт. ст. Цилиндр устанавливается в помещениях с круглогодично поддерживаемой постоянной температурой. Всю механическую работу по приведению в действие механизма часов исполнял вторичный маятник («маятник-раб»), колебания которого с помощью специальной электрической системы синхронизировались с колебаниями первичного. Вторичный маятник даёт импульс для поддержания колебаний обоих маятников. Наиболее точные маятниковые часы — Федченко часы с изохронным подвесом маятника, обеспечивающим стабильную амплитуду качаний. Точность этих часов сравнима с точностью лучших кварцевых часов, которые появились в 40—50-х гг. 20 в. Последние на относительно небольших интервалах времени обеспечивают точность отсчёта моментов времени, существенно более высокую, чем это дают астрономические наблюдения, но вследствие эффекта «старения» кварцевой пластинки они не могут определять самостоятельно равномерную шкалу времени. Кварцевые часы произвели переворот в деле получения и хранения точного времени. Это обеспечивается сопоставлением показаний многих кварцевых часов и астрономическими наблюдениями. Развитие науки и техники привело к тому, что астрономические требования к точности часов перестали быть уникальными. В то же время организация передач сигналов точного времени по радио и по телевизионным каналам позволила регулярно контролировать ход опорных часов астрономических обсерваторий по показаниям лучших часов единой государственной службы времени и т. о. значительно повысить надёжность их работы. Список литературы Астрономические часы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907. Астрономические часы – в прямом и переносном смыслах Блинов Н. С. Атомное время//3емля и Вселенная. — 1966.— № 5. — С. 43–47 Завельский Ф. С. Время и его измерение. — 5-е изд., испр. — М.: Наука, 1987. Краснов Ю., Пушкин С. Служба времени и частоты в СССР. Михайлов А. Часовые пояса и «летнее» время//Наука и жизнь. — 1981. —№ 3. —С. 33–34 Сидоренков Н. С. Часы, время и неравномерность вращения Земли//3емля и Вселенная. 1971. —№ 3. — С. 26–31. |