См. также № 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15/08
ЧАСЫ. Если вы просто посмотрите на кристалл кварца, то не увидите ничего особенного. Но если вырежете из него миниатюрную вилочку, то получите ключевой элемент, «сердце» часов, тикающих у вас на запястье. Почти 90% теперешних часов – электронные. Благодаря миниатюрным батарейкам двигаются стрелки, светятся цифры на жидкокристаллическом дисплее, с хронометрически постоянной частотой колеблются кварцевые осцилляторы – крошечные кварцевые вилочки-камертоны, задающие постоянный ход ваших часов. Даже дешёвые кварцевые часы уходят не более чем на 2 с за месяц – меньше, чем дорогие механические часы. Со времён Возрождения маленькие колёсики крутят стрелки под действием качающихся маятников, опускающихся грузов или раскручивающихся пружин. В начале XIX в. в Швейцарии начали делать наручные часы, и часовые швейцарские фирмы более столетия главенствовали в мире. Примерно в 40-х гг. прошлого века появились в продаже кварцевые часы. Они были массивными, и их воспринимали, как курьёз. Японцы сумели миниатюризировать осциллятор, батарейки, двигатель и электрическую схему и в 70-е гг. вызвали настоящий ураган на рынке часов. За последующие 20 лет все часовщики перестроились на производство электронных часов. В настоящее время механические часы, изящные и очень дорогие, продаются только в эксклюзивных магазинах. Оглушительная победа кварцевых часов была обусловлена их дешевизной и непревзойдённой точностью хода благодаря использованию кварцевого осциллятора, делающего 768 колебаний в секунду. В механических часах колёсико балансира делало 5 качаний в секунду. Кварцевые осцилляторы использовались в 30-х гг. военными инженерами для хронометража навигационного оборудования. В настоящее время лидирующие часовые фирмы – швейцарская Swatch и ряд японских – завалили весь мир дешёвыми часами, изготавливаемыми с применением фотолитографии и искусственных кристаллов кварца.
Ход задаёт кварцевый осциллятор (генератор): когда на миниатюрный кварцевый камертон подаётся напряжение от батарейки, его ножки начинают колебаться. Благодаря емкостной обратной связи поддерживаются резонансные колебания частотой 32 768 Гц. Переменный сигнал с генератора поступает на микропроцессор, который управляет дисплеем
Ход так же, как и в цифровых часах, задаёт кварцевый осциллятор, но сигнал с него поступает на микросхему, которая понижает частоту колебаний до 2 Гц. Сигнал с микросхемы поступает на шаговый двигатель, который каждую секунду перемещает секундную стрелку с характерным тиканьем
Изготавливается методом фотолитографии в виде миниатюрного камертона из искусственного кварца. Раньше такие вилочки вырезали из кристаллов натурального кварца. Кварц – пьезоэлектрик, и при подаче на позолоченные электроды постоянного напряжения начинает совершать механические колебания
Заводятся путём прокручивания головки: этим закручивают пружину, энергия которой постепенно расходуется на передвижение стрелок с помощью храповика. Ход часов задаётся балансиром
Заводятся непрерывно, когда владелец делает движения рукой, за счёт колебаний несимметричного грузика-балансира, который передаёт энергию своих колебаний пружине в механических часах или кварцевому осциллятору в кварцевых
Scientific American, 2004, March, p. 98–99. Сокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ