Измерения и меры - страница 15

Число колебаний в единицу времени, или, как говорят, его собственная частота, зависит от длины маятника. Чем длиннее маятник, тем медленнее он раскачивается, то есть тем меньше его собственная частота. Но мы знаем, что при изменении температуры все тела расширяются или сжимаются. Изменяется и длина маятника. Значит, часы, показывающие точное время при какой-нибудь одной температуре, будут спешить или отставать при другой температуре.

Таким образом, от качества маятника, от того, насколько его длина меняется при изменении температуры, зависит в основном точность часов.

В самых точных — эталонных — часах (хранителях времени), по которым узнают время в промежутках между астрономическими наблюдениями, маятник сделан из специального сплава — инвара, что в переводе с латинского означает «неизменный». Длина подобного маятника, а следовательно, и частота, с которой он колеблется, почти не зависят от температуры.

Чтобы на ход эталонных часов не влияло атмосферное давление, их помещают в цилиндр, из которого затем откачивается воздух (рис. 29).

Чтобы такие часы не испытывали толчков, их опускают глубоко под землю, в специальные подвалы.

Благодаря всем этим мерам точность часов — хранителей времени — очень высока — за сутки они «уходят» или отстают всего лишь на тысячную долю секунды.

По эталонным часам поверяются образцовые часы — хронометры (от греческого слова «хронос» — время), суточная погрешность которых составляет примерно 0,1 секунды. По хронометрам производится поверка всей массы остальных часов.

Рис. 29. Эталонные часы.

Ежедневно через мощные радиовещательные станции передаются сигналы точного времени. В нашей стране эти сигналы состоят из двух звуковых «тире» и одной «точки», которая с погрешностью примерно 0,1 секунды отмечает определённый момент времени (например, 19 часов, 00 минут, 00 секунд).

Широко распространена также передача сигналов времени по телефону. Позвоните по определённому номеру (в различных городах он неодинаков), и вы услышите голос, называющий часы и минуты. Вы «разговаривали» с особым звуковоспроизводящим аппаратом, который управляется хронометром.

С помощью электрических устройств хронометры могут также управлять ходом сотен других часов, связанных с ними проводами. Такие часы есть в любом крупном городе. Их стрелки движутся скачками, повинуясь ежеминутным электрическим сигналам, поступающим от хронометров.

Но в некоторых случаях даже эталонные часы оказываются недостаточно точными. Во многих астрономических и геофизических исследованиях необходимо определять время с меньшей погрешностью. А как ни пытались ещё более улучшить маятниковые часы, ничего не получилось. Их возможности были исчерпаны.

И тогда учёные создали так называемые кварцевые часы, работающие по иному принципу. В кварцевых часах вы не найдёте ни пружины, ни гирь, ни мерно раскачивающегося маятника. Как же они действуют?

В природе есть один замечательный минерал — кварц. Он встречается в виде песка, гальки и красивых многогранных кристаллов. Одна из разновидностей кристаллического кварца — прозрачный, как родниковая вода, горный хрусталь. Из хрусталя делают вазы, бокалы, люстры, которые вы, вероятно, не раз видели.

Чем же замечателен кварц? Прежде всего своей прочностью и твёрдостью — твёрже его только алмаз, корунд и топаз. Кроме того, кварц почти не расширяется при нагреве и не поддаётся воздействию большинства кислот.

Но, пожалуй, самое интересное свойство кристаллов кварца состоит в следующем.

Если кварцевый кристалл поместить между двумя металлическими пластинками — электродами — и подключить их к электрометру — прибору для обнаружения электрического заряда, — то стрелка электрометра отклонится (рис. 30). Значит, при сдавливании на гранях кри-сталла возникают электрические заряды (рис. 30). И наоборот, если присоединить электроды к электрической батарее, то кристалл деформируется — сожмётся или растянется в зависимости от того, на какой его грани сосредоточились положительные заряды и на какой отрицательные. Это свойство кварцевых кристаллов назвали пьезоэлектрическим эффектом (пьезо по-гречески значит давить).