Вечное возвращение: узел баланса

28.12.2018
Что может быть сложного в детали, которая крутится то в одну, то в другую сторону, и пружине, каждый раз возвращающей ее обратно? Зачем ведущие ученые посвятили этой миниатюрной парочке сотни экспериментов и толстенные тома теоретических исследований? Оказывается, от нюансов их работы и зависит точность любых часов. 

Пускай за достоверное отображение времени на вашем циферблате в той или иной степени отвечает бесчисленное множество компонентов, решающие роли все равно отводятся ободу и пружине баланса. Равномерно возвращая полученную от спуска энергию, они выполняют функцию, схожую с маятником в настенных или напольных часах, и вместе образуют так называемый гармонический осциллятор – систему из классической механики, которая при выходе из равновесия автоматически подвергается действию обратной силы. 

От скорости работы баланса напрямую зависят измерительные способности любого изделия. В наши дни наибольшее распространение получила частота 28 800 колебаний в час или 4 Гц, позволяющая следить за временем с точностью до 1/8 секунды. Но это вовсе не значит, что найдя в описании очередной модели цифры 3 или 5 Гц, стоит сразу же перелистывать страницу каталога. Любой вариант имеет свои плюсы и минусы: меньшая скорость, как правило, позволяет эффективнее расходовать энергию, а значит, обеспечивает механизм дополнительным запасом хода, а большая, наоборот, не жалеет сил в погоне за результатом в 1/10 секунды и выше.

Обод баланса использовался в часовом деле с XIV века и первоначально выполнял свои обязанности в одиночку, возвращаясь в исходное положение благодаря инерции спуска. Англичанин Роберт Гук в середине XVII века первым попробовал оснастить его металлической пружиной, а голландский ученый Христиан Гюйгенс сумел развить идею, придав детали знакомую нам спиралевидную форму и существенно увеличив ее эффективность. 

Но так уж устроен мир – стоит инженерной мысли преодолеть один психологический рубеж, как на горизонте немедленно возникает другая проблема. Баланс оказался крайне восприимчив к температуре: в результате длительной работы или внешнего воздействия система начинала вести себя нестабильно. Решение было найдено стараниями французского часовщика Пьера Леруа и британцев Джона Арнольда и Томаса Эрншоу. Раз уж металл при нагревании или охлаждении склонен менять свой размер, значит, подобрав правильные материалы, можно хотя бы сделать процесс управляемым.

Ключом к решению задачи оказалась так называемая биметаллическая структура обода. Если одна половина детали выполнена из стали, а другая – из бронзы, конструкция будет сгибаться в одну из сторон в зависимости от того, поднимается температура или опускается. В результате инерция то уменьшается, то увеличивается, компенсируя образовавшуюся было погрешность, а точность хода возрастает в разы. Промежуточную точку в исследованиях поставил швейцарский физик и, по иронии судьбы, сын часовщика Шарль Эдуар Гийом, получивший устойчивый к изменению температуры сплав никеля и железа, названный инваром. Его открытие было удостоено Нобелевской премии в 1920 году и имело колоссальный эффект далеко за пределами хорологии.

Другим непримиримым врагом узла баланса всегда оставалось магнитное излучение. Учитывая постоянно растущее количество окружающих нас электронных устройств, эта угроза с каждым годом становится все актуальнее, и, если бы швейцарские бренды не начали возводить оборону заранее, кто знает, существовала ли бы сейчас наша любимая индустрия. В 1888 году компания IWC выпустила первую антимагнитную модель, баланс и спуск которой были выполнены на основе палладия, бронзы и золота. Полвека спустя, приступив к широкомасштабному созданию часов для военных летчиков, специалисты из того же Шаффхаузена придумали размещать революционный по тем временам калибр 52 T.S.C. в двойном корпусе. Его внутренняя часть была выполнена из мягкого железа, и таким образом играла роль надежной преграды между излучением и самим механизмом. Регулярно переживая косметические улучшения, этот базовый принцип остается неизменным и по сей день.

Не менее чувствительный удар по точности наносит и гравитация. В 1801 году для борьбы с этой напастью Абрахаму-Луи Бреге даже пришлось придумывать турбийон. Но поскольку наручные часы и так постоянно меняют свое положение в пространстве,  подобная конструкция в наше время служит в основном для красоты. И все же некоторые ухищрения все же помогают минимизировать небольшую погрешностью, вызванную земным притяжением. 

Одним из наиболее эффективных считается увеличение числа узлов баланса. Работая вместе, они сглаживают возможные погрешности друг друга и, получив энергию от спуска, передают ее дальше максимально равномерно. Стоит ли говорить, что выглядит подобная конструкция, без всяких преувеличений, завораживающе. Взгляните хотя бы на скелетонизированные Audemars Piguet Royal Oak Double Balance Wheel Openworked с автоматическим калибром 3132 или Arnold & Son DBG Skeleton, у которого сдвоена не только система баланса, но и заводные барабаны и даже несколько колес.

Не стоит сбрасывать со счетов и новейшие материалы вроде силикона. Из-за своей эластичности такой обод останавливается раньше, чем его металлический аналог, совершает необходимые микродвижения и возвращается обратно в силу естественной инерции. Что характерно, коллекция Freak от Ulysse Nardin, ознаменовавшая серийный приход силикона в узел баланса в начале нулевых, до сих пор выпускается и неизменно пользуется спросом.