С помощью точного измерения времени, известного фиксированного места, например, среднего времени по Гринвичу (GMT) и время в текущем местоположении. Когда первый разработанный в 18 - м веке, он был главным техническим достижением, так как точное знание времени, в течение длительного морского путешествия необходимо для навигации , отсутствуют электронные или коммуникационные средства. Первый настоящий хронометр был жизнь работой одного человека, Джон Харрисона , охватывающих 31 лет упорных экспериментов и испытаний, которая произвела революцию морской (а позже антенна) навигации и позволяющей эпоху Великого географических открытий и колониализма , чтобы ускорить.

Термин хронометр был придуман от греческих слов хроносом (время значение) и метровых (значение счетчика) в 1714 году Джереми Такер , ранний конкурент на приз , установленный Законом Долгота в том же году. В последнее время стало более широко используется для описания часы протестированы и сертифицированы соответствовать определенным стандартам точности. Timepieces , сделанные в Швейцарии может отображать слово «хронометр» только в том случае, заверенный .

история

Для определения местоположения на поверхности Земли, необходимо и достаточно, чтобы знать широту , долготу и высоту . Соображения высоты можно, естественно, будут игнорироваться для судов, работающих на уровне моря . До середины 1750 - х годов, точной навигации на море из виду земли не было нерешенной проблемой в связи с трудностями при расчете долготы. Навигаторы может определить их широту, измеряя угол солнца в полдень (то есть, когда он достиг своей высшей точки в небе, или кульминация) или, в северном полушарии, для измерения угла Полярной (Северная звезда) от горизонта (как правило, в сумерках). Для того, чтобы найти свою долготу , однако, им нужно времени стандарт, который будет работать на борту судна. Наблюдение регулярных небесных движений, такие как метод Галилея на основе наблюдений естественных спутников Юпитера , обычно не представляется возможным в море из - за движение судна. Метод лунным расстояния , первоначально предложенный Johannes Вернер в 1514 году, был разработан параллельно с морской хронометр. Голландский ученый Гемма, Фризиус Реньер был первым, чтобы предложить использование хронометра для определения долготы в 1530 году.

Целью хронометра является для точного измерения времени, известного фиксированного места, например, среднее время по Гринвичу (GMT). Это особенно важно для навигации. Знающий GMT на местном полудню позволяет навигатор использовать разницу во времени между положением судна и Гринвичского меридиана для определения долготы судна. Поскольку Земля вращается с постоянной частотой, разница во времени между хронометра и местным временем судна могут быть использованы для вычисления долготы судна относительно Гринвичского меридиана (определяется как 0 °) с использованием сферической тригонометрии . В современной практике навигационный альманах и тригонометрические таблицы смотрового сокращения позволяют навигаторов для измерения Солнца , Луны , видимых планет , или любой из 57 выбранных звезд для навигации в любое время, что горизонт виден.

Создание хронометра, который будет работать надежно в море было трудно. До 20 - го века, лучшие хронометристы были маятниковые часами , но оба прокатного корабля в море и до 0,2% изменений в гравитации Земли сделали простой гравитационную основой маятника бесполезного как в теории, так и на практике.

Первые морские хронометры

Впервые опубликовано использование термина было в 1684 году в Arcanum Navarchicum , теоретической работа Киля профессор Matthias Васмут. За этим последовали дальнейшим теоретическим описание хронометра в работах, опубликованных английский ученый Уильям Дирхем в 1713 основной работе Дирхема, физико-теологии или демонстрации существ и атрибутов Бога из его работ по созданию , а также предложил использовать вакуума запечатывания, чтобы обеспечить большую точность в работе часов. Попытки построить рабочий морской хронометр были начаты Джереми Такер в Англии в 1714 году, и Генри Сюлли во Франции два года спустя. Сюлли опубликовал свою работу в 1726 году с Une Орложа inventée и др executée номинальной М. Sulli , но ни его, ни модель Такера была в состоянии противостоять перекатыванию морей и сохранить точное время в корабельных условиях.

В 1714 году британское правительство предложили приз долготу для метода определения долготы на море, с наградами в пределах от 10 000 £ до 20 000 £ (2000000 млн £ в £ 4 в 2019 выражении) в зависимости от точности. Джон Харрисон , плотник Йоркшира, представил проект в 1730 году, а в 1735 году закончил часы на основе пару встречных колебательной взвешенных балок, соединенных пружинами, движение не находился под влиянием силы тяжести или при движении судна. Его первые две морских хронометров H1 и H2 (завершен в 1741) использовали эту систему, но он понял, что они имели фундаментальную чувствительность к центробежной силе , что означает, что они никогда не могли быть достаточно точными в море. Строительство его третьей машины, обозначенной H3, в 1759 включены новые кольцевые остатки и изобретение в биметаллической полосы и обойме роликовые подшипники , изобретения, которые до сих пор широко используются. Однако, круговые остатки H3 по - прежнему оказались слишком неточными, и он в конце концов отказался от больших машин.

Харрисон решил точностные проблемы с его гораздо меньше, Н4 хронометром дизайна в 1761 H4 выглядел так же, как большие пять дюймов (12 см) , карманные часы диаметра. В 1761 году Харрисон представил H4 на долготе приз £ 20,000. Его конструкция используется балансовое колесо быстро бьющимся, управляемое температурной компенсацией спиральной пружины. Эти функции оставались в использовании до стабильных электронных Осцилляторы не позволило очень точные портативные часы, которые будут сделаны по доступной цене. В 1767 Совет Долгота опубликовал описание его работы в Принципах хронометриста г Харрисона .

Современный хронометр

Наиболее полная международная коллекция морских хронометров, включая H1 Харрисона Н4, находится в Королевской обсерватории Гринвича , в Лондоне , Великобритания.

Механические хронометры

Решающая проблема была найти резонатор, который остался без изменений в связи с изменением условий, предъявляемых к судну в море. Балансир , запряженная весной, решить большинство проблем, связанных с движением судна. К сожалению, эластичность большинство баланса пружинных материалов изменяется относительно температуры. Для компенсации постоянно меняющаяся силы пружины, большинство остатков хронометра используется биметаллическая полоска для перемещения небольших грузов в направлении и в стороне от центра колебаний, таким образом, изменяя период баланса, чтобы соответствовать изменяющейся силе пружины. Проблема баланса пружины была решена с помощью никель-стального сплава по имени элинварной для его неизменной упругости при нормальных температурах. Изобретатель был Гийом , который выиграл 1920 Нобелевскую премию по физике в знак признания его металлургической работы.

Спуском служит двум целям. Во- первых, это позволяет поезд заранее дробно и записывать колебания баланса в. В то же время, она обеспечивает незначительное количество энергии, чтобы противостоять крошечные потери от трения, тем самым сохраняя импульс колеблющегося баланса. Спуск является той частью, которая тикает. Поскольку естественный резонанс колеблющегося баланса служит сердцем хронометра, хронометр спуски предназначены для вмешательства в балансе как можно меньше. Есть много постоянной силы и отдельные конструкций спускового механизма, но наиболее распространенными являются пружинным фиксатором и поворачивают фиксатор. В обоих из них, небольшой фиксатор блокирует спусковое колесо и позволяет баланс качаться полностью свободен от помех на короткое время, кроме центра колебаний, когда он наименее подвержен внешним воздействиям. В центре колебаний, ролик на персонал баланса моментально вытесняет фиксатор, что позволяет один зуб спускового колеса, чтобы пройти. Ходовое колесо зуб затем передает свою энергию на второй ролик на персонал баланса. Поскольку ходовое колесо поворачивается только в одном направлении, баланс получает импульс только в одном направлении. На обратных колебаниях, проходящая пружина на кончике фиксатора позволяет отпирание ролик на персонале, чтобы переместить без перемещения фиксатора. Самое слабое звено любого механического хронометрист смазка спусковой в. Когда масло загустеет через возраст или температуры или влажности рассеивается через или испарения, скорость будет меняться, иногда резко, как движение баланса уменьшается за счет повышения трения в спуском. Стопорное спуском имеет сильное преимущество перед другими спусками, как он не нуждается в смазке. Импульс от ходового колеса к импульсному ролика почти мертвы биения, то есть немного сдвинув действия нуждаются в смазке. Хронометр побег колесо и пружины, проходящие, как правило, золота из - за снижением трения скольжения в металле над латунью и стал.

Хронометры часто включаются другие инновации для повышения их эффективности и точности. Твердые камни, такие как рубин и сапфир часто используются как драгоценность подшипников для уменьшения трения и износа цапф и спуска. Алмаз часто используется в качестве крышки камня для нижней оси баланса персонала, чтобы предотвратить износ от лет тяжелого остатка поворота на маленьком конце поворота. До конца механического производства хронометра в третьей четверти 20 - го века, производители продолжали экспериментировать с вещами, как шариковые подшипники и хромированными шарнирами.

Морские хронометры всегда содержат поддержание мощности , который держит хронометр Собирается во время его раны, и запас хода , чтобы указать, как долго хронометр будет продолжать работать без раны. Морские хронометры являются наиболее точными портативными механическими часами когда - либо сделанные, приобретавших точность около 0,1 секунды в сутки или менее чем за одну минуты в год. Это достаточно точным, чтобы найти места судна в пределах 1-2 миль (2-3 км) после месячного морского путешествия.

Каждому человеку чего-то не хватает. Одному денег, другому внимания и любви, третьему здоровья. Но чего не хватает однозначно всем - это времени. Именно поэтому люди всегда мечтали придумать прибор, с помощью которого смогут точно подсчитывать время, чтобы рационально им распоряжаться.

Однако большинство первых часов были очень ненадежны и зависели от условий окружающей среды. Но однажды были изобретен сверхточный прибор для измерения времени - хронометр. Это удивительное изобретение, как ни странно, повлияло не только на жизнь обычных людей. В первую очередь изобретение этого прибора помогло морякам лучше ориентироваться в открытом море.

Хронометр - это что?

Само слово "хронометр" произошло из сочетания двух греческих слов: "время" (хронос) и "измерять" (метр).

Из самого названия прибора становится понятно, что его предназначение - измерять время. Иными словами, хронометр - однако очень надежные, способные продолжить работать в любых условиях и в мороз, и в тропическую жару.

История появления хронометров

Хронометры не были первыми механическими часами. Однако часовые механизмы до них были очень хрупкими и легко ломались при неблагоприятных внешних условиях. Более того, даже в обычных обстоятельствах часы со временем начинали «врать».

Но все изменилось в 1731 году, когда некий британский часовщик по фамилии Гаррисон изобрел хронометр. Это изобретение стало очень важным для развития морского дела. Так как прибор Гаррисона продолжал показывать абсолютно точное время в любых условиях, это помогало экипажу определять долготу, а потом и координаты нахождения судна.

Несмотря на свою дороговизну, хронометр стал довольно часто использоваться на кораблях, а с развитием воздухоплаванья и на самолетах.

Примечательно, что конструкция Гаррисона была столь совершенна, что за прошедшие годы практически не претерпела изменений. Единственное, заменили некоторые материалы хронометра на более современные, легкие и прочные.

Морской хронометр

Изобретение Гаррисона (до того как его в двадцатом веке начали вытеснять более простые и дешевые морские часы со стабилизацией хода с помощью а также GPS) было самым надежным средством для моряков, чтобы они могли определить свое местоположение.

Как правило, все морские хронометры имели идентичную стандартную конструкцию. В специальный (чаще всего деревянный) корпус был помещен Благодаря конструкции корпуса, он в любой ситуации удерживал хронометр в горизонтальном положении. Корпус оберегал механизм часов от воздействия на него перепадов температур, а также смены положения прибора.

Хронометры в наручных часах

С изобретением сверхточных часов многие частные лица стали мечтать иметь такие же у себя дома. На основе изобретения Гаррисона поначалу стали делать настенные и настольные сверхточные часы для дома. Чуть позже технологии позволили уменьшить механизм и создать наручные хронометры, так необходимые занятым людям, для которых каждая секунда на вес золота.

С тех пор как появились наручные часы с точностью хронометра, прошло несколько десятилетий. И сегодня каждая уважающая себя компания по выпуску наручных часов имеет в своей линейке модели с хронометром. Несмотря на это, самым точным и качественным, естественно, является швейцарский хронометр.

Более того, именно в Швейцарии занимаются проверкой со всего мира, претендующих на звание хронометров. Для таких часов также разработан специализированный стандарт качества ISO 3159-1976.

Как узнать, есть ли в часах хронометр?

Обладать очень точными часами мечтает каждый. И хотя на большинстве наручных аксессуаров для измерения времени указывается, есть ли хронометр в часах, бывают исключения. Поэтому можно своими силами проверить его наличие или отсутствие в собственном аксессуаре.

Для проверки необходимо убедиться, есть ли в часах свежая батарейка или как давно они заведены, чтобы не нарушить чистоту эксперимента. Далее нужно выставить точное время. После этого часы нужно перевести в положение циферблатом вниз и оставить в таком виде на двадцать четыре часа. После истечения срока требуется перевернуть вверх и оставить еще на двадцать четыре часа. Теперь можно свериться с реальным временем. Если за двое суток нестандартного положения часы стали «врать» всего на +/- 8-12 секунд - это хронометр. При больших значениях - обычные часы.

Можно попробовать провести домашнюю проверку и другими способами. К примеру вешать часы на стенку - двадцать четыре часа в обычном положении и столько же наоборот. Также можно провести проверку температурами. Однако стоит учитывать что часы не должны долгое время охлаждаться менее чем на восемь градусов выше нуля и более чем на двадцать пять градусов.

Хронометр и хронограф: в чем разница?

Говоря о наручных часах, многие часто путают такие похожие понятия, как хронограф и хронометр. И хотя слова очень похожи, значение у них совершенно разное.

Если хронометр - это часы со специальной конструкцией механизма, позволяющей точно показывать время при любых условиях, то хронограф - это крохотные дополнительные циферблаты в часах с автономными механизмами. Иногда хронографы показывают отдельное время или предназначены для секундной стрелки.

Более двухсот пятидесяти лет прошло с тех пор, был изобретен хронометр. С тех пор он уже не так популярен в морском деле, особенно с изобретением GPS-навигации. Однако его невероятная точность до сих пор остается неизменной. Поэтому многие до сих пор мечтают иметь швейцарские часы с хронометром и всегда абсолютно точно знать время.

Для обеспечения точным временем навигационных и астрономических определений, связи с берегом, расписания трудовой деятельности экипажа и организации вахтенной службы на каждом судне ведется служба времени. На судах Министерства морского флота СССР службу времени несет третий помощник капитана, а руководство и контроль осуществляют старпом и капитан К основным задачам службы времени относятся: обеспечение показаний судового и точного гринвичского времени на судне; прием радиосигналов точного времени, расчет поправки и суточного хода хронометра и палубных часов; ведение хронометрического журнала; завод хронометров, палубных часов, секундомеров и судовых часов; проверка показаний и согласование судовых часов; наблюдение за работой и хранением хронометра, палубных и судовых часов; перевод стрелок судовых часов при переходе границ поясов времени и линии смены дат; отметка дат и времени на ленте курсографа, барографа и, если это необходимо, хронометраж работы других навигационных приборов и ведение ежесуточного судового штурманского бюллетеня.

Счисление пути судна, навигационные определения, радиосвязь и повседневная жизнь экипажа обеспечиваются судовым временем, которое показывают морские часы с точностью не ниже ±0,5 мин.

Для астрономических определений географических координат места судна в море необходимо знать время с точностью до десятых долей секунды. Для измерения времени с указанной точностью служат хронометры (рис. 88) -точные приборы, устройство которых предусматривает уменьшение влияния температурных колебаний на показания. Кроме морских часов и хронометров, суда снабжаются еще палубными часами и секундомерами.

Рис. 88.

Хронометрами, кроме определения всемирного (гринвичского) времени, которое необходимо знать для определения географических координат судна по астрономическим наблюдениям, пользуются также для поддержания правильных показаний морских часов.

Хронометры на судах устанавливают приближенно по всемирному времени. Счет гринвичского времени ведется от 0 до 24 ч, а циферблат хронометра разделен от 0 до 12 ч. Поэтому показания хронометра в течение суток имеют двойственные значения, например, 4 и 16 ч, 8 или 20 ч и т.д. Это следует иметь в виду при расчетах гринвичского времени, показываемого хронометром. Чтобы установить, в каких случаях следует прибавлять 12 ч, а в каких нет, необходимо предварительно определить приближенное гринвичское время

где T C - судовое время;

№ - номер пояса, по которому установлены судовые часы.

Поправкой хронометра называют разность между всемирным временем и показанием хронометра в один и тот же физический момент, т. е.

где u XP - поправка хронометра;

T ГР - всемирное время;

Т XP - показания хронометра.

Поправка хронометра с течением времени изменяется. Это изменение неодинаково у различных хронометров. Оно зависит от регулировки хронометра и от внешних условий. Изменение поправки хронометра характеризуется ходом хронометра со. Качество прибора определяется постоянством суточного хода.

Поправка хронометра определяется по специальным радиосигналам времени. Время, программы передач и другие сведения сообщаются в Извещениях мореплавателям.

Определяемая поправка хронометра и суточный ход, дата, всемирное время, название радиостанции, фамилия принявшего сигналы и некоторые другие данные записывают в специальный журнал, называемый хронометрическим.

Пример 39. 25 ноября 1969 г. Судовое время Т C = 6 Ч 27 М. Х = 122°30",0 O st (№ 8О st); T XP = 10""27 М 05 С,0. Рассчитать показание гринвичского времени по хронометру.

Решение. Рассчитываем приближенно гринвичское время и дату.

Для воспроизведения временных единиц и определения момен­тов времени употребляют специальные механизмы - часы. Равно­мерность движения стрелок часов обеспечивается регуляторами, я качестве которых применяют чаще всего пружинные маятники. Высокая точность хода часов обеспечивается постоянством перио­да колебаний маятника.

Сравнительно недавно в науке и технике стали использовать колебания кристаллов кварца (кварцевые часы) и молекулярные колебания газов (атомные часы), обеспечивающие очень высокую точность хода часов.

На судах применяют следующие измерители времени: хроно­метр, палубные часы, судовые (морские) часы, секундомеры. Они регулируются так, чтобы показывать среднее время Т. В обсерва­торией и геодезической астрономии используют также приборы, по­казывающие звездное время S.

Морской хронометр . Для определения достаточно точных мо­ментов среднего гринвичского времени Tгр на судах морского фло­та используют хронометр. Помимо тщательности выделки, приме­нения высококачественных материалов, хронометр для обеспечения точности хода имеет особое устройство. Его двигатель сконстру­ирован так, что обеспечивается постоянство вращающего момен­та по мере истощения энергии двигательной пружины. Регулятор хронометра устроен с учетом необходимости компенсации влияния изменения температуры на равномерность вращения механизма. Циферблат хронометра состоит из часовой, минутной, секундной стрелок и особой стрелки, показывающей, сколько времени после полного завода идет хронометр. Большинство морских хронометров обеспечивают пятидесятишестичасовой непрерывный ход, в некото рых марках приборов ход более длительный.

Циферблат хрономет­ра имеет двенадцать часовых делений, которые вследствие этого могут иметь два значения, например 1 или 13Ч; 2 или 14Ч и т. п. Секундная стрелка двигается толчками по 0,5е с характерным зву­ком удара.

Основные детали внешнего устройства хронометра показаны на рис. 1.

Палубные часы (рис. 2). Палубные часы имеют пружинный маятник с температурной компенсацией и механизм повышенной точности. Заключены в двойной футляр. По циферблату двигаются часовая, минутная и центральная секундная стрелки, последняя движется толчками по 0,2е. Перевод стрелок осуществляется с по­мощью специальной кнопки. Заводная пружина обеспечивает ход -палубных часов в течение 48 ч.

Палубные часы обычно устанавливают по гринвичскому време­ни и используют при астрономических наблюдениях на судне, а также для сличения хронометров и часов. В отличие от хрономет­ра палубные часы можно выносить на открытый мостик.

Судовые или морские часы. Морские часы устанавливают в слу­жебных и жилых помещениях и регулируют по судовому времени, л в радиорубке - по гринвичскому или по московскому времени.

Хронометр - часы с особо точным ходом - (механические, либо кварцевые).

Впервые точный морской хронометр изобрел английский изобретатель, часовщик Гаррисон в 1731 г., в 1734 он довел его до практического применения. В своем изобретении он сумел скомпенсировать две основные погрешности хода хронометра - изменение механического момента на спусковой ход балансира по мере раскручивания заводной пружины и применил термокомпенсацию длины и упругости нити балансира от изменения внешней температуры с помощью биметаллических изгибающихся элементов.

К началу эпохи Великих географических открытий определение координат все еще оставалось недосягаемой мечтой штурманов.
Определение широты особой проблемы не представляло - она легко вычисляется с помощью измерения угла возвышения Полярной звезды над горизонтом. А вот долгота оставалась крепким орешком. Ошибка приводила к потере кораблей, людей и товаров.

Ведущие морские державы - Испания и Португалия, Голландия, Франция и Великобритания - учредили за решение проблемы серьезные премии. Со временем появились несколько астрономических методов - Вернера (метод лунных расстояний, 1514 год), Галилея (по положению спутников Юпитера, 1612), - но для их реализации требовались сложные астрономические инструменты и вычисления. Более простой способ (его приписывают Гемме Фризиусу) - сравнение локального времени с точным в референсной точке (порту) - требовал очень точных часов.

В 1714 году британский парламент учредил специальную премию за разработку метода определения долготы. Сумма была по тем временам фантастической - £10 000 при погрешности в 60 морских миль, £15 000 (40 миль) и £20 000 (30 миль). Для того чтобы определять долготу с такой точностью во время плавания в Вест-Индию, требовались часы со среднесуточным уходом не более 3 секунд (это при том, что часы в то время считались особо точными, если имели минутную стрелку).

В 1728 году в соревнование вступил плотник и часовщик-самоучка Джон Харрисон. Пару лет он изучал корабельную качку и к 1735 году закончил часы H1. Огромные и тяжелые (почти 40 кг) маятниковые часы со среднесуточным уходом в 8 секунд показали погрешность в 150 миль по долготе после плавания из Лондона в Лиссабон и обратно. Аналогичные результаты показала в 1741 году модель H2. В 1749 году увидела свет модель H3, где Харрисон применил биметаллическую пластину в маятнике для температурной компенсации и карданов подвес для компенсации качки.

Эти часы были более точными на море, чем любые другие на суше: среднесуточный уход составлял менее 2 секунд, и после 45 дней плавания точность определения долготы составила всего 10 миль. Однако парламент к тому времени изменил условия конкурса - теперь требовалась не только точность, но и компактность!

Харрисон не опустил рук и в 1760 году представил новую модель, H4, - уже не маятниковую, а с балансом. Часы имели диаметр 12 см и были проверены во время двух плаваний в Вест-Индию - в 1761 и 1764 годах, уход при этом составил 5 секунд за три месяца путешествия. Но и после этого парламент не торопился с выплатой денег. Дело в том, что в 1757 году британский морской офицер Джон Кэмпбелл разработал конструкцию секстанта - инструмента для измерения угловых расстояний между небесными телами.

Парламент надеялся, что с помощью таблиц Королевской обсерватории и метода Вернера долготу можно будет вычислить "бесплатно" (Кэмпбелл состоял на королевской военной службе, и премия ему не полагалась). Но часы Харрисона оказались удобнее, и в конце концов в марте 1776 года - к 83-му дню рождения - ему выплатили заслуженную премию.

За прошедшие века конструкция хронометра Гаррисона практически не изменилась (кроме технологии изготовления и материалов).

Работа и образование