Полный текст книги в PDF одним файлом:
https://disk.yandex.ru/i/4t0sQBLytOTHPg
Рассмотрим часы с качающимся маятником. Обычно на ум приходят часы с «кукушкой». Вся энергия для работы используется из подвешенных грузов - один груз для хода, другой для «кукушки». Один раз в сутки приходится вручную поднимать груз с помощью цепочки. Если забыть произвести завод, груз опустится до крайнего нижнего положения и часы остановятся.
Мы понимаем, принцип работы заключается в периодичности процесса колебания маятника и в суммировании этих периодов. Кажется, что колебания равномерные. Это не так.
Если взять обыкновенную нить с грузом и проследить за колебательными движениями, мы увидим процесс затухания и остановки через некоторое время. Почему не останавливаются часы с «кукушкой» мы знаем – за счёт энергии грузов. Проанализируем, как происходит этот процесс.
Дозированная передача энергии от груза к маятнику происходит через особую шестерёнку с косыми зубьями с одной стороны - анкерное колесо. Маятник соединён с анкерной вилкой, у которой имеются входная и выходная палета. Рис.1.
Принцип работы маятниковых часов
В любой момент времени анкерное колесо может соприкасаться только с одной палетой. Имеется так же промежуток времени – когда соприкосновения нет!
Разделим полный период колебания на четверти: 1 – движение маятника из нижнего положения влево, 2 – движение маятника из крайнего левого положения вниз, 3 – движение маятника из нижнего положения вправо, 4 – движение маятника из крайнего правого положения вниз. С учётом уменьшения полной энергии из-за трения, примерный график распределения энергии показан на Рис.2.
1. Движение маятника из нижнего положения влево – это соприкосновение правой (входной) палеты: сначала область косого зуба, потом – внутренняя сторона. Показано изменение энергии: участок «а» – она уменьшается, «б» – постоянна (за вычетом потерь на трение).
2. Движение маятника из крайнего левого положения – это повторение первой четверти: участок «в» - постоянна, «г» - увеличивается. Полная симметрия с первой четвертью, если не считать потерь энергии из-за трения.
С учётом разнообразия конструкций могут быть отличия частного порядка. Нами будет показано общее энергетическое перераспределение. Показано главное – полная симметрия первой и второй четверти периода колебания.
3. Движение маятника из нижнего положения вправо. В этот момент соприкосновение правой палеты (входной) оканчивается, но выходная палета ещё не соприкасается с анкерным колесом: одновременно с вращением колеса продолжается движение маятника. Наступает момент соприкосновения анкерного колеса и выходной палеты. Распределение энергии на этом участке показано на участке «д», «е» – уменьшение, потом постоянно.
4. Движение маятника из крайнего правого положения вниз энергетически аналогично предыдущему «ж» и «з»: постоянство энергии, потом увеличение.
Мы показали примерное энергетическое перераспределение маятника. Закономерный вопрос, в какой момент времени происходит передача энергии маятника от «падающего» груза, чтобы восстановить потери от трения?
Ответ: время соприкосновения выходной палеты с анкерным колесом для 3 четверти меньше, чем для 4 (участок «д» > «ж»).
Принцип работы любых других механических часов с заводом, не отличается от рассмотренных нами выше механизмов. К примеру, у них маятник сосредоточен в «массивной» шестерёнке с пружиной. Автоколебания так же передаются через палеты.
Общее построение мы рассмотрели. Теперь зададимся вопросом: как выглядят колебательные процессы?
Про период мы знаем – автоколебания часов с маятником позволяют получить любое значение точности (примерно).
Про график движения маятника в пределах одного периода сложнее. Покажем, как выглядят: затухающие, идеальные и автоколебания.
Продолжение следует…