Ucieczka konika polnego
Wychwyt konika polnego to wychwyt o niskim współczynniku tarcia do zegarów wahadłowych , wynaleziony przez brytyjskiego zegarmistrza Johna Harrisona około 1722 r. Wychwyt, część każdego zegara mechanicznego , to mechanizm, który powoduje okresowe popychanie wahadła zegara , aby utrzymać go w ruchu, a każde wychylenie zwalnia biegi zegara przesuwają się do przodu o określoną wartość, przesuwając w ten sposób wskazówki do przodu ze stałą szybkością. Wychwyt konika polnego był używany w kilku zegarach regulatorowych zbudowany w czasach Harrisona i kilka innych na przestrzeni lat, ale nigdy nie był szeroko stosowany. Termin „ konik polny ” w związku z tym, najwyraźniej od kopania palet, pojawia się po raz pierwszy w Horological Journal pod koniec XIX wieku.
Historia
John Harrison użył wychwytu konika polnego w swoich zegarach regulacyjnych, a także w pierwszych trzech swoich morskich chronometrażystach, H1 - H3. Wyznaczanie podłużne pozycja była głównym problemem w nawigacji morskiej; Newton argumentował, że można zastosować pozycjonowanie astronomiczne, ale łatwiejszą teoretyczną możliwością było wykorzystanie dokładnej wiedzy o czasie w określonej lokalizacji bazowej. Różnica czasu między czasem lokalnym, który był łatwy do zmierzenia, a czasem w bazie daje różnicę długości geograficznej między bazą a statkiem, ponieważ 24 godziny czasu odpowiadają 360 stopniom długości geograficznej. Za rozwiązanie problemu zaproponowano dużą nagrodę, a Harrison poświęcił swoje życie na opracowywanie i budowanie bardzo dokładnych chronometrażystów. Precyzja i tarcie były głównymi problemami. Dwie zalety wychwytu konika polnego to powtarzalność jego działania oraz brak konieczności smarowania . Powtarzalność jego działania jest wpisana w jego konstrukcję. Jedna paleta jest uwalniany tylko przez zaangażowanie drugiego; impuls przekazany wahadłu jest zatem całkowicie regularny w swoim czasie. Smary dostępne dla Harrisona były kiepskie, brudne i krótkotrwałe. Oznaczało to, że konwencjonalne zegary musiały być często zatrzymywane w celu czyszczenia i smarowania. Korzystając ze swojego czystego i absolutnie stabilnego wychwytu konika polnego, Harrison rozpoczął serię długoterminowych badań działania zegarów, co doprowadziło do wynalezienia wahadła siatkowego co przeciwdziałało efektom rozszerzania się i kurczenia pod wpływem zmiany temperatury. Z kolei wydajność jego ulepszonych zegarów dała mu dokładny, wygodny standard do testowania swoich morskich chronometrażystów.
Operacja
Harrison opracował wychwyt konika polnego z konwencjonalnego wychwytu kotwicznego , który zbudował dla zegara wieżowego, który miał być umieszczony w stajni w Brocklesby Park w Lincolnshire . Okazało się to niewiarygodne i wymagało wielokrotnej uwagi, przez co Harrison był niedogodności, więc około 1722 roku zmodyfikował wychwyt, umieszczając zawias pośrodku każdego ramienia kotwicy. Palety na zawiasach wskazywały ten sam kierunek, przeciwstawiając się obrotowi koła ratunkowego. Gdy koło wychwytowe popycha paletę, zawias odsuwa się od koła wychwytowego. Paleta obraca się wokół punktu styku z kołem, popychając kotwicę. W tym samym czasie druga paleta zbliża się do koła. W momencie zetknięcia się z kołem lekko je popycha do tyłu i kontakt między kołem a pierwszą paletą zostaje zerwany. Obie palety są nieco ciężkie w ogonie, więc naturalnie mają tendencję do odsuwania się od koła. Pierwsza paleta przesuwa się zatem z toru koła ratunkowego, a zadanie impulsowania wahadła przechodzi na drugą paletę.
Pierwsza paleta zatrzymuje się na ograniczniku, który utrzymuje ją we właściwej pozycji, tak że gdy wahadło osiąga koniec swojego ruchu, popychane przez drugą paletę, pierwsza paleta ponownie opada na tor koła. Styka się z kołem i napędzany pędem wahadła lekko popycha koło do tyłu. Spowoduje to zwolnienie drugiej palety, która z wdziękiem wycofuje się do swojego zatrzymania, przenosząc ponownie zadanie impulsowania wahadła na pierwszą paletę. Niewielki ruch palety na jej zawiasie wiąże się z dużo mniejszym tarciem niż kontakt ślizgowy w przypadku konwencjonalnego wychwytu; nie wymaga smarowania, a zużycie jest tak niewielkie, że Harrison był w stanie wykonać swoje palety z drewna. Jedna z oryginalnych palet w Brocklesby Park nadal działała, gdy zegar był odnawiany w 2005 r., Podczas gdy druga została wymieniona dopiero po wypadku w 1880 r. Harrison później zmodyfikował układ wychwytu, zmuszając jedną paletę do ciągnięcia zamiast pchania, kładąc trochę hak na końcu obrotowego ramienia, aby zetknął się z zębami koła ratunkowego. Postawił też obie osie zawiasów na wspólnym sworzniu.
Kiedy paleta popycha koło ratunkowe do tyłu, jest również mocno dociskana do ogranicznika. Aby zapobiec zużyciu lub uszkodzeniu, ograniczniki są zaprojektowane tak, aby ustępować. Każdy ogranicznik jest odchylany wokół tej samej osi, co jego paleta. Palety są ciężkie od ogona, ale ograniczniki są ciężkie od nosa i mają tendencję do opadania w kierunku koła. Ograniczniki są wystarczająco ciężkie, aby połączenie palety i ogranicznika również miało tendencję do opadania w kierunku koła, ale zapobiega temu stały kołek na kotwicy. Oznacza to, że sworzeń przytrzymuje ogranicznik, który utrzymuje paletę we właściwym miejscu, aby czysto połączyć się z kołem ratunkowym. Kiedy paleta styka się z kołem, popycha koło do tyłu i jednocześnie podnosi ogranicznik ze sworznia. Kiedy koło następnie popycha paletę, ogranicznik wraca na sworzeń i rozstaje się z paletą. Każdy ogranicznik jest również podnoszony ze sworznia raz w każdym cyklu przez pęd przybywającej palety.
Ograniczenia
Tendencja palet do odsuwania się od koła ma poważne konsekwencje. Po pierwsze, za każdym razem, gdy napęd koła ratunkowego zostanie przerwany, palety tracą kontakt, a po przywróceniu napędu koło ratunkowe może nie zostać zablokowane i może przyspieszyć szybko i w sposób niekontrolowany. Aby temu zapobiec, gdy zegar był nakręcany, Harrison wynalazł jeden ze swoich najdłużej działających mechanizmów, moc podtrzymującą który jest nadal szeroko stosowany w zegarach i zegarkach. W swojej zwykłej konstrukcji składa się on z koła zapadkowego umieszczonego pomiędzy pierwszym (i najwolniej obracającym się) kołem napędowym mechanizmu i lufą, do której przymocowany jest ciężarek (lub sprężyna), i współosiowo z nim. Kiedy zegar jest nakręcany, lufa cofa się, a zapadka na kole podtrzymującym ślizga się po zębach wyciętych na lufie. Pierwszy bieg jest jednak nadal napędzany do przodu, ponieważ między kołem podtrzymującym a pierwszym biegiem znajduje się sprężyna, która go dociska. Robiąc to, próbuje popchnąć koło podtrzymujące do tyłu. Zapobiega temu zapadka przymocowana do ramy zegara, która zazębia się z zębami wyciętymi wokół krawędzi koła podtrzymującego. Po całkowitym nakręceniu zegara nacisk na klawisz zostaje zwolniony, a lufa napędza koło podtrzymujące i pierwszy bieg w normalny sposób. Nawija również sprężynę utrzymującą gotową do następnego nakręcenia zegara. Podczas normalnej pracy zapadka, która zapobiega cofaniu się koła podtrzymującego, po prostu ślizga się po zębach koła podtrzymującego.
Drugą konsekwencją tendencji palet do schodzenia z drogi koła jest to, że kiedy zegar się kończy i zatrzymuje, obie palety wracają na swoje miejsca. O ile końce jednej lub obu palet nie są wystarczająco długie, aby osadzić się w szczelinie między zębami koła ratunkowego, koło będzie się obracać, gdy tylko zegar zostanie nakręcony. Ten sam problem może powstać, jeśli zawiasy ograniczników zabrudzą się i zakleszczą w pozycji podniesionej.
Podobnie jak w przypadku innych mniej dokładnych wychwytów, konik polny popycha wahadło w przód iw tył przez cały cykl; nigdy nie wolno się swobodnie kołysać. Zaburza to naturalny ruch wahadła jako oscylatora harmonicznego . Mniej więcej w tym samym czasie, gdy Harrison wynalazł konika polnego, George Graham wprowadził ulepszoną wersję wychwytu martwego rytmu , wynalezionego pierwotnie przez Richarda Towneleya w 1675 r., który umożliwił wahadłu poruszanie się praktycznie bez zakłóceń przez większość jego cyklu. Ten dokładny wychwyt stał się standardem w precyzyjnych zegarach regulatorowych.
Z powodu tych różnych dziwactw wychwyt konika polnego nigdy nie był szeroko stosowany. Harrison użył go w swoich prototypowych chronometrach morskich , H1 - H3, a Justin i Benjamin Vulliamy wykonali niewielką liczbę regulatorów, korzystając z projektu Harrisona, ale do dziś pozostaje tym, czym był w czasach Harrisona: genialną, wyjątkową ciekawostką.
Corpus Clock Johna Taylora
Unikalny zegar publiczny zbudowany jako hołd dla wychwytu konika polnego Johna Harrisona, zegar Corpus , został odsłonięty w Corpus Christi College na Uniwersytecie Cambridge w Cambridge w Anglii 19 września 2008 r. Przemysłowiec John Taylor wydał milion funtów na budowę zegara mechanicznego. Czując, że wychwyt Harrisona nie był wystarczająco dobrze znany, wychwyt konika polnego zegara jest odsłonięty na górze zegara, zbudowany w postaci demonicznego konika polnego zwany „Chronofagiem” lub „pożeraczem czasu”, który rytmicznie otwiera i zamyka szczęki, reprezentując pożeranie czasu.
Zegar o średnicy 1,5 metra ma wiele innych godnych uwagi cech. Nie ma rąk, ale wykorzystuje trzy koncentryczne pary ułożonych w stos pierścieniowych dysków — po jednej parze na godziny, minuty i sekundy — szczelinowych i soczewkowanych, aby umożliwić selektywną ucieczkę światła z zamkniętego, stale świecącego zestawu diod elektroluminescencyjnych . Rozmieszczenie szczelin w każdym dysku, wraz z obrotem najbardziej wysuniętego dysku każdej pary, tworzy efekt Verniera , tworząc iluzję świateł obracających się z różnymi prędkościami wokół trzech koncentrycznych obwodów na tarczy zegara.
Wahadło przyspiesza, zwalnia, a czasem zatrzymuje się, ale co pięć minut wraca do właściwego czasu. Taylor zaprojektował zegar, aby przypominał sobie o własnej śmiertelności.
Parmigiani Senfine
Wychwyt typu konika polnego jest używany [ potrzebne źródło ] w zupełnie nowym mechanizmie przeznaczonym do zegarków naręcznych. Ten nowy typ mechanicznego regulatora wykorzystuje elastyczne struktury zarówno w wychwytie, jak i oscylatorze. Krzemowe koło oscyluje około 86 400 razy na godzinę, około trzy razy szybciej niż w konwencjonalnych zegarkach naręcznych. Początkowy rozwój miał miejsce w Szwajcarskim Centrum Elektroniki i Mikrotechnologii (CSEM) z Pierre'em Genequandem, szwajcarskim fizykiem, jako głównym wynalazcą. Eliminując w jak największym stopniu tarcie, taki zegarek może działać przez ponad miesiąc po przewinięciu, co stanowi wyjątkową rezerwę mocy. Prototyp takiego nowego kalibru (mechanizmu) zaprezentował Parmigiani Fleurier .
Zegar Burgess B
Wychwyt konika polnego jest istotną częścią rzeźbiarskiego zegara autorstwa Martina Burgessa , znanego jako Burgess Clock B. Jeden z pary opartych na technologii późnego zegara regulacyjnego autorstwa Johna Harrisona , został ukończony przez Charlesa Frodshama & Company na zlecenie jego właściciel, Donald Saff . Po udanych testach został przeniesiony do Królewskiego Obserwatorium w Greenwich w celu szczegółowej oceny jego długoterminowej wydajności. Było to nadzorowane przez Czcigodne Towarzystwo Zegarmistrzów i Narodowe Laboratorium Fizyczne , której przedstawiciele umieszczali na kopercie zegara plomby zabezpieczające przed manipulacją. Chociaż zegar jest uzwojony elektrycznie, co zapobiega jakimkolwiek zakłóceniom zegara podczas oceny, poza tym jest całkowicie mechaniczny. Pod koniec okresu stu dni maksymalny błąd nie przekraczał pięciu ósmych sekundy – nie trzeba było uwzględniać stałego dryftu czasu (tempa). W rezultacie 18 kwietnia 2015 r. organizacja Guinness World Records wręczyła Martinowi Burgessowi certyfikat Rekordu Świata za wykonanie najdokładniejszego czysto mechanicznego zegara pracującego na wolnym powietrzu. Zegar pozostaje w ROG; w 2017 roku został przeniesiony do galerii zawierającej chronometrażystów morskich Harrison, gdzie nadal monitoruje się jego działanie.
Linki zewnętrzne
- Headrick, Marek. „Ucieczka konika polnego” . abbeyclock.com . Źródło 2015-04-24 . Animowany diagram przedstawiający działanie.
- Zegar regulatora Benjamina Vulliamy'ego - ruch regulatora 1780 autorstwa Vulliamy'ego, jednego z nielicznych, którzy przyjęli wychwyt konika polnego
- na YouTube trójwymiarowa animacja dwuobrotowego wariantu wychwytu konika polnego. Jest to bardziej symetryczne, a przez to łatwiejsze do naśladowania, ale nie jest powszechnie używane.
- na YouTube trójwymiarowa animacja bardziej zwartej, jednoobrotowej formy wychwytu konika polnego.
- na YouTube: wyraźny widok nagiego wychwytu pasikonika.
- na YouTube: ograniczony widok wychwytu konika polnego w działającym zegarze o wysokiej dokładności.
- Burgess Clock B - opis zegara B autorstwa Martina Burgessa , który wykorzystuje wychwyt konika polnego, aby osiągnąć dokładność lepszą niż jedna sekunda na 100 dni.