Однако воздействовать непосредственно на вал очень трудно, а вот если соединить его с зубчатым колесом, такая возможность появляется. В старинных часах сбоку от зубчатого колеса помещали вертикальную ось, своего рода веретено с двумя лопатками, которые были направлены в противоположные стороны и разнесены на диаметр зубчатого колеса. Это и есть регулятор хода. Когда верхняя лопатка застревает между зубцами, колесо, продолжая вращаться, давит и отжимает ее, чтобы избавиться от неожиданного препятствия. В результате веретено делает полоборота, и теперь уже нижняя лопатка вклинивается между двумя нижними зубцами. Еще один шаг – и все повторяется сначала. А чтобы зубчатое колесо не освобождалось от назойливых лопаток чересчур легко, на верхний конец веретена насаживали поперечный брус с двумя грузиками. Теперь колесо будет вращаться не спеша – равномерно и толчкообразно, поэтому и стрелка тоже станет двигаться соответственно. Веретено, регулирующее ход часов, называется балансиром, а соединенное с ним зубчатое колесо – спускным, или ходовым. Здесь изложен основной принцип, а механизм реальных башенных часов был немного сложнее и включал, по крайней мере, еще пару зубчатых колес – для передачи движения на стрелку и на ось ходового колеса.
Первые механические часы представляли собой на редкость грубое, примитивное и капризное устройство, поэтому и врали они совершенно безбожно. У них была только одна-единственная стрелка – часовая, – а заводить их приходилось несколько раз в сутки. Однако лиха беда начало. Постепенно конструкция часов совершенствовалась, мастера набирались опыта, и французский монарх Людовик XI, как мы помним, уже вовсю пользовался переносным хронометром, хотя и весьма громоздким. А около 1500 года часовщик Петер Генлейн из Нюрнберга изобрел наконец первые карманные часы. Перед ним стояла очень непростая задача. Прежде всего надо было придумать, чем заменить гирю, ибо веревку с грузом в корпус миниатюрных часиков при всем желании не запихнешь. Вдобавок гиревой механизм боится тряски и требует вполне определенного фиксированного положения, тогда как карманные часы не висят на стенке неподвижно, а с утра до вечера путешествуют вместе с владельцем. Нюрнбергский мастер догадался использовать упругие свойства пружины (первоначально это была обычная свиная щетинка, а потом – туго скрученная стальная лента). Он поместил пружину в латунный барабан, причем внутренний ее конец намертво прикрепил к оси, на которой барабан сидит, а наружный – к стенке барабана. Заводя часы, вы вращаете барабан и тем самым все туже закручиваете спрятанную в нем пружину. Однако, предоставленная самой себе, она моментально начинает разворачиваться в обратном направлении, и барабан, сделав несколько оборотов назад, вновь занимает исходное положение. А чтобы затормозить раскручивание пружины, Петер Генлейн снабдил механизм таким же балансиром, как и в больших часах. Первые карманные часы заводили специальным ключом, который насаживался на четырехугольную ось маленького зубчатого колеса, а хитроумная система из нескольких разнокалиберных колес передавала движение на барабан и стрелку. Часовое стекло отсутствовало, а стрелка по-прежнему бегала по циферблату в гордом одиночестве. Минутная стрелка появится еще очень не скоро, в самом конце XVII века, и только пятьдесят – шестьдесят лет спустя придумают наконец секундную. Старинные карманные часы щедро украшали эмалью, миниатюрами и драгоценными камнями, так что они были скорее забавной и дорогой игрушкой, чем полезным инструментом, показывающим точное время. Их прозвали нюрнбергскими яйцами, хотя мастера довольно рано стали придавать своему тикающему товару самую экзотическую форму – сердца, лилии, звезды, желудя, креста и даже мертвой головы. Размеры часов тоже постоянно уменьшались: например, датская принцесса, выданная замуж за английского короля Якова I
[94], носила перстень с вмонтированными в него крохотными часиками. Представляете, сколько могла стоить такая уникальная штучная работа?
В 1657 году великий голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) значительно усовершенствовал часы, оснастив их регулятором хода нового типа – маятником и анкерным механизмом. Правда, итальянец Галилео Галилей, другой выдающийся физик, еще лет за двадцать до Гюйгенса пришел к идее маятника, наблюдая за раскачиванием лампад в пизанском соборе во время богослужения. Он обратил внимание на тот факт, что период колебаний любого маятника (а лампада, подвешенная на цепи, есть не что иное, как маятник) не зависит ни от его формы, веса или размаха (амплитуды), а только лишь от длины шнура, на котором он висит. Если раскачать маятник, он всегда будет совершать колебательные движения за одно и то же время. И когда амплитуда маятника максимальна, и когда он едва трепещет возле точки равновесия, готовый вот-вот застыть, периоды его колебаний совершенно идентичны, как близнецы-братья. Итальянский ученый сразу понял, что ему наконец-то повезло отыскать периодический процесс, который может служить регулятором хода в часовом механизме, однако построить такие часы Галилею было не суждено.
А вот Гюйгенс не только блистательно разрешил непростую задачу, но и вывел строгий закон, безукоризненно описывающий колебательные движения любого маятника. Если мы заглянем в потаенное щелкающее нутро гюйгенсовых часов, то не увидим практически ничего нового: тот же самый убогий набор шестеренок и зубчатых передач, что и в неподъемных башенных чудищах минувших эпох. Увесистая гиря тоже никуда не делась – она по-прежнему неторопливо сползает вниз, обеспечивая слаженную работу всего механизма. Единственное отличие – это бойкий маятник, равномерно шагающий взад-вперед, и загадочное приспособление в форме качающейся вилки, оседлавшей ходовое колесо. Эта назойливая вилка, то и дело тормозящая его бег, называется анкером, что в буквальном переводе с немецкого означает «якорь». Послушаем М. Ильина: «Положим, сейчас левый крючок якоря застрял между зубцами ходового колеса. На мгновение оно остановится. Но сейчас же гиря сделает свое дело и заставит ходовое колесо оттолкнуть от себя крючок, который ему мешает. От этого толчка крючок поднимется и пропустит один зубец колеса. Но от этого же толчка маятник качнется влево, а правый крючок якоря опустится и опять застопорит ходовое колесо».
Одним словом, механика этого щебечущего устройства проста как правда. А поскольку маятниковые эволюции абсолютно предсказуемы, не зависят от амплитуды и всегда укладываются в один и тот же временной отрезок, не составит большого труда подобрать длину нити таким образом, чтобы маятник совершал одно колебание, скажем, за две секунды, то есть с ежесекундным размахом взад и вперед. И тогда мы будем иметь надежный прибор, совершающий некие действия строго регулярно – с интервалом точно в одну секунду. Забегая немного вперед, отметим на всякий случай, что температурные перепады могут оказывать существенное влияние на длину маятниковой подвески, поэтому в особо точных часах применяются специальные сплавы, минимизирующие эту помеху. Остается ответить на сакраментальный вопрос, каким образом ходовое колесо, которое вертится довольно быстро, умудряется крутить вальяжную часовую стрелку столь неспешно, что она только за двенадцать часов кое-как успевает обогнуть сравнительно небольшой циферблат. Удивляться тут совершенно нечему, ибо наука умеет много гитик: если чуточную шестеренку о шести зубцах состыковать с большим колесом, у которого их насчитывается 72 штуки, то последнее будет вращаться в 12 раз медленнее маленькой, но верткой фитюльки. Иными словами, элементарная система зубчатых передач, оснащенная неутомимым маятником и якорной вилкой, всегда позволит отрегулировать ход любого часового механизма.
