Все наоборот

В детстве авторы этого рассказа дружили с одним парнем. Как-то мы ехали вместе в трамвае. Стояли, как и положено, на площадке. Обычно механизм автоматического открывания и закрывания дверей трамвая спрятан за закрытым кожухом.

Но у этого трамвая кожух оказался открытым. «А ну-ка, скажите, как открываются двери у трамвая?» — спросил наш друг. Вместо ответа нам пришлось смущенно переглянуться.

«Поражаюсь, как некоторые могут жить среди интереснейших вещей, не видеть их и не стремиться понять, как они действуют!» Эта, возможно, случайно брошенная фраза во многом определила дальнейшую жизнь авторов. Но вспомнили мы ее сейчас в связи с одним частным случаем.

Прошло много лет, и вот однажды один из авторов сидел в приемной высокого начальства, дожидаясь заветного слова секретарши: «Пройдите, пожалуйста!» Но когда слово было наконец произнесено, сидящий не сдвинулся с места. Не сдвинулся он после второго и третьего напоминания. Все его внимание было приковано к висящим на стене часам. Это были не просто часы, а так называемые ГЛАВНЫЕ часы целой системы, состоящей из множества часов, развешанных по всем коридорам и помещениям большого учреждения. Все они соединялись общей электрической проводкой с главными часами.

Устройство главных часов оказалось настолько необычным и увлекательным, что оторвать от них взгляд, не поняв до конца, в чем дело, было поистине невозможно. Они почти целиком состояли как бы из одного маятника. Сам маятник — относительно толстый цилиндр, к нижнему концу которого прикреплен груз, внешне напоминающий велосипедную педаль (посмотрите на рисунок).

К нижнему концу цилиндрического стержня перпендикулярно к нему прикреплена железная пластинка. К корпусу часов под цилиндром привинчен электромагнит. Верхний конец маятника надет на ось, свободно вращающуюся в подшипниках. Примерно в одной четверти длины, считая сверху, к цилиндрическому стержню прикреплена металлическая пластинка, торчащая от стержня вбок. Эта пластинка заканчивается довольно высоким выступом, посередине которого имеется канавка.

Точно над пластинкой к корпусу часов прикреплена пара электрических контактов. На самом конце нижнего контакта укреплена ось, а на ней висит серьга. Серьга может свободно качаться вправо и влево. Нижний конец серьги заточен на клин. Именно этот клин и послужил основной причиной описанного нами эпизода.

Маятник раскачивается, и каждый раз, когда он приближается к крайнему левому положению, серьга касается выступа на пластинке, прикрепленной к стержню. Здесь и заключен главный секрет. Поэтому давайте посмотрим новую серию рисунков, где художник изобразил нам лишь выступ на пластинке, серьгу и контакты. То есть ту часть предыдущего рисунка, которая обведена кружком. Внимание, начали!

Сначала маятник движется справа налево. На рисунке, помеченном буквой а, серьга только коснулась выступа. Маятник продолжает двигаться. Серьга скользит по выступу, ее острый конец попадает во впадину, выходит из нее, проходит за выступ. Этот момент изображен на рисунке, помеченном буквой б.

Маятник проходит еще дальше, доходит до крайнего левого положения и начинает двигаться слева направо. Серьга касается выступа с другой его стороны, отклоняется (рисунок в), скользит по выступу, оказывается с другой стороны и повисает свободно.

Казалось бы, ничего не происходит. Но наберемся  терпения. С каждым периодом размах качаний маятника уменьшается. И вот наступает момент, когда маятник достигает крайнего левого положения, а острие серьги при этом оказывается точно во впадине выступа (рисунок г). Когда теперь маятник начинает двигаться слева направо, острие серьги остается во впадине и следует за ее движением. Серьга поворачивается на своей оси, и ось вместе с серьгой начинает подниматься вверх (рисунок д).

Поднимается вверх и контакт. А когда серьга располагается почти вертикально, нижний контакт замыкается с верхним (рисунок е).

Контакты замыкают электрическую цепь электромагнита, расположенного под маятником. Электромагнит притягивает к себе пластинку (якорь), прикрепленную к концу маятника, и под действием силы притяжения маятник испытывает толчок.

Затем по мере движения маятника слева направо серьга поворачивается, контакты размыкаются, а затем острие серьги выходит из впадины (рисунок ж). Маятник получил толчок, поэтому размах его качаний увеличился. Острие серьги больше не застревает во впадине, и так происходит до тех пор, пока под действием трения размах качаний снова уменьшается.

Скажем прямо, что мы стали описывать главные электрические часы только ради того, чтобы показать механизм, состоящий из серьги и выступа. Ведь здесь в совершенно новой роли выступает наш излюбленный клин. Но уж коли начали, доведем рассказ до конца.

В чем основное отличие только что описанного механизма от анкерного хода? Механизм, состоящий из выступа, серьги и контактов, выполняет лишь одну из двух функций анкерного хода. Он подталкивает маятник, но не подсчитывает числа периодов. Отличие и в том, что работу по подталкиванию совершают не механические силы, а силы магнитного поля.

Но самое главное то, что маятник испытывает не два толчка за период, как в случае анкерного хода, но лишь один толчок примерно за десять периодов. Причем толчок этот совершается именно тогда, когда нужно, то есть когда размах колебаний маятника становится малым. Если по каким-либо причинам, например после свежей смазки, потери на трение уменьшились, то и толчки происходят реже. А между толчками маятник качается совершенно свободно.

Итак, мы убедительно доказали, что, если толчок совершается в тот момент, когда маятник проходит через положение равновесия, он не влияет на длительность периода качаний. Это, конечно, верно. И все ж... Чем свободнее качается маятник, чем меньше внешних сил на него действует, тем точнее ход часов. При прочих равных условиях главные электрические часы ходят примерно в десять раз точнее, чем часы с таким же точно маятником и анкерным ходом.

Но как движутся стрелки? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны раскрыть еще одну маленькую подробность, о которой мы сознательно умолчали вначале. К стержню маятника в верхней его части прикреплена совсем маленькая пластинка, на конце которой имеется несимметричный клин (смотри рисунок). Под пластинкой находится зубчатое колесо, и его зубцы опять-таки имеют форму несимметричных клиньев. Снова внимание!

Маятник движется слева направо. Наклонная поверхность клина, укрепленного на пластинке, легко скользит по наклонной поверхности клина зубца. Колесо при этом не движется, а пластинка лишь слегка изгибается вверх. Маятник движется справа налево — противоположная крутая поверхность клина, укрепленного на пластинке, цепляется за такую же крутую поверхность клина зубца. Колесо поворачивается на один зубец.

На оси колеса укреплен кулачок, который один раз за полный оборот замыкает пару электрических контактов. При этом образуется электрический импульс, или сигнал, который по проводам передается ко всем часам, соединенными с главными. Если длительность периода качаний маятника равна одной секунде, а колесо имеет шестьдесят зубцов, то, контакты замыкаются каждую минуту. Через каждую минуту стрелки на всех часах, связанных с главными, перескакивают на одно деление.

Теперь мы можем окончательно распрощаться с часами. Заметим лишь, что пластинка с клином на конце называется собачкой. Колесо с зубцами, имеющими форму несимметричных клиньев, — храповым колесом. Все, вместе взятое, — храповым механизмом. Снова клинья и колеса, и снова в новой роли: на этот раз — детали храпового механизма часов.