Часы уравнения - Equation clock

Сделано в Германии, 1591 г.

An уравнение часы механический Часы который включает в себя механизм, имитирующий уравнение времени, чтобы пользователь мог читать или вычислять солнечное время, как было бы показано солнечные часы. Первые точные часы, контролируемые маятники, были запатентованы Кристиан Хайгенс в 1657 году. В течение следующих нескольких десятилетий люди все еще привыкли к солнечным часам и хотели иметь возможность использовать часы для определения солнечного времени. Чтобы удовлетворить эту потребность, были изобретены уравнительные часы.

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 напрямую показывают солнечное время. Некоторые из них также показывают среднее время, которое часто называют «часами».

Годовая вариация уравнения времени. Выше оси солнечные часы (солнечное) время опережают (среднее) время, и наоборот.

Механизмы моделирования

Все часы с уравнениями включают в себя механизм, имитирующий уравнение времени, так что рычаг перемещается или вал вращается таким образом, чтобы отображать изменения уравнения времени в течение года. Часто используются два типа механизмов:

Кулачковый и рычажный механизм

В этом типе механизма вал приводится в движение часами, поэтому он вращается один раз в год с постоянной скоростью. Вал несет 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

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 изменяется очень медленно (незначительно заметная в течение века). См. Объяснение в Уравнение времени для более подробной информации.

Двухвальный механизм имеет два вала, вращающихся с постоянной скоростью: один вращается один раз в год, а другой два раза в год. Шатуны или штифты, прикрепленные к двум валам, перемещают два конца комбинированный рычаг (иногда называемое деревом уипплета) синусоидально; если размеры выбраны правильно, средняя точка стержня перемещается таким образом, чтобы имитировать уравнение времени.

Типы уравнительных часов

В то время, когда создавались и использовались часы-уравнения, все часы делались вручную. Нет двух абсолютно одинаковых. Многие часы-уравнения также имеют другие функции, такие как отображение фазы луны или времени восхода и захода солнца. Если не брать в расчет такие дополнения, есть четыре различных способа работы часов. Следующие параграфы предназначены не как подробное описание отдельных часов, а как иллюстрации общих принципов этих четырех различных типов часов-уравнений. Основные принципы работы конкретных часов похожи на эти, но детали меняются. Изображения и описания различных часов с уравнениями, которые до сих пор хранятся в музеях, доступны через внешняя ссылка перечислено ниже.

Часы без индикации солнечного времени

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 с прямым отображением солнечного времени

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

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 часовым механизмом с постоянной скоростью по часовой стрелке, а пластина вращается с помощью механизма, который имитирует 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 с помощью отдельной, стационарной отметки минут на циферблате за краем пластины. Отображение часов не приспособлено к уравнению времени, поэтому показание часов является немного приблизительным. 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 на бить час в солнечное время.

Часы с переменной маятником

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 более длинным, чем обычно, 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 часы) время. Часы, использующие его, не могут легко показывать среднее время, если не включен отдельный часовой механизм с собственным маятником. Есть несколько часов с уравнениями, в которых это делается, но для этого требуется, чтобы корпус часов был очень прочным, чтобы избежать связь между маятником. Другой недостаток маятниковых часов с переменным ходом состоит в том, что уравнение времени не может быть легко отображено.

Часы с механическим сложением

В некоторых более поздних часах-уравнениях маятник колеблется с постоянной частота, 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. Добавление выполняется аналог метод, используя дифференциальная передача.[1] Этот тип механизма уравнительных часов является наиболее универсальным. Как солнечное, так и среднее время могут быть легко и четко отображены, 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

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 теперь 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

Уравнительные часы как таковые больше не используются широко. Однако компоненты, функционально те же, что и в уравнительных часах, все еще используются, например, в солнечные трекеры, 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 та же.

Смотрите также

Ссылки и сноски

  1. ^ Дифференциал - это набор шестерен, который связан 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.
  2. ^ Первые уравнительные часы, в которых использовался дифференциал для сложения, были созданы Джозефом Уильямсоном в 1720 году. Эти часы также являются самым ранним устройством, которое, как известно, использовало дифференциал для любых целей где-либо, хотя предыдущие постулировались.
  3. ^ Карни, Кевин. «Вариация уравнения времени» (PDF).

внешняя ссылка

Примечание. В некоторых из этих исторических материалов время на часах называется «равным временем», а время на солнечных часах называется «кажущееся время» или «истинное солнечное время».