ساعات الزنبرك - الزنبرك صندوق ادخار .. الآلات التي نستخدمها كل يوم وكيف تؤدي عملها
ساعات الزنبرك :
لو أنك فككت ساعة ذات زنبرك ، وحاولت أن تعيد تركيبها من جديد ، ربما ظننت أنها جهاز معقد كل التعقيد ، إن تركيب أجزائها صعب حقا . أما طريقة عملها فسهلة جدا .
وتشبه آلة هذه الساعة ، آلة الصندوق الموسيقى من وجوه عدة : فلكل من هاتين الآلتين زنبرك تفاك لفاته فيدير شيئاً ما . ففي الصندوق الموسيقى ، يدير الزنبرك أسطوانة ، بينما يدير زنبرك الساعة تلك العجلات ( التروس ) التي تحرك عقاربها . وتحتوى كل من الآلتين على منظم لسرعتها ، مهمته تهيئة هذه الآلة لتعمل عملا رتيباً متئداً منظماً على قدر الإمكان . ولعل الساعة في حاجة إلى هذا التنظيم أكثر من صندوق الموسيقى . ولذا يصبح المجرف الدائر قاصراً دون إدارة عملية
التنظيم هذه بدقة وإحكام . ويحل محله في بعض الساعات منظم آخر للسرعة يسمى « البندول » ، كما يحل محله فى بعضها الآخر زنبرك لولبي رفيع ، يؤدى عملية التنظيم هذه .
و سندرس الآن كيف ينظم هذان الجهازان سرعة دوران الساعة . وأفضل وسيلة لدراسة عمل البندول هي أن تصنع واحداً .
أحضر قطعة من الخيط طولها قدمان ، ثم اربط أحد طرفي الخيط بجسم صغير ثقيل نوعاً كقطعة من الحجر ، أو كرة مصمتة ، أو حزمة من المفاتيح . . أمسك الخيط من طرفة الآخر ، ثم حركه حركة خفيفة بحيث يتأرجح هذا البندول ( كما تشاهد في الرسم صفحة ١٨٤ ) .
احسب عدد الدورات التي يتأرجح فيها الخيط فى الدقيقة ، ثم أعد هذه التجربة ، ولكن ، لتكن حركتك للخيط هذه المرة أشد وأقوى بحيث يتأرجح الخيط أكثر من المرة الأولى . وسوف تجد أن لا فرق هناك بين عدد مرات حركة الخيط في المرتين من الناحية العملية . فسواء تحرك البندول مسافة صغيرة أو كبيرة ، فإن عدد الدوران التي تحدثها حركته في الدقيقة يظل ثابتاً لا يتغير .
ويستخدم بندول الساعة في ضبط حركة الزنبرك . وهذا الزنبرك يحرك العجلات ( التروس ) التي تدير عقربى الساعة . فإذا أردنا أن تكون الساعة مضبوطة تماماً ، ينبغى أن تتحرك هذه التروس دائماً بسرعة واحدة لا تتغير ، سواء أكان الزنبرك ملفوفاً لفة كاملة ، أم نصف لفة كاملة ، أم لم يكن ملفوفاً على الإطلاق . ذلك لأن البندول يشرف على هذه العملية ويتعهدها بمساعدة جهاز دقيق آخر هو ( شاكوش الساعة ) .
ويبين لك الرسم التوضيحي ، أن هذا الشاكوش مكوّن من قطعتين إحداهما ترس ( عجلة ) له أسنان مائلة إلى الخارج . ويدور هذا الترس بتأثير حركة انفراد الزنبرك . فإذا كان الترس حراً تماماً ، فإنه يدوركما يشاء ، ويلف لفا سريعاً بلا ضابط أو نظام ، تماماً كما تفعل تروس لعبة العربة . وبذلك يتم انفراد الزنبرك في ثوان معدودة . ولكن هذا الترس ليس في الواقع حراً تماماً ، لأنه مرتبط بقطعة أخرى في شكل خطاف له سن في كل طرف من طرفيه . ويهتز هذا المنشار ويتذبذب بوساطة البندول . وفى أثناء هذه الذبذبة يتعلق كل سن من سنى الخطاف بالترس . الواحدة تلو الأخرى . ومعنى هذا أن الترس لا يدور إلا إذا تحرك الخطاف ، وتستمر حركة الترس مسافة قصيرة إلى أن تعلق به السن الأخرى للخطاف .
هذا وينتج عن هذا كله سلسلة من الحركات المنتظمة . فالبندول - كما شاهدت في تجربتك - يأخذ فى حركته إلى اليمين وإلى اليسار ( يتأرجح ) . ويصبح عدد دورات هذه الحركة ثابتاً لا يتغير في الدقيقة . وهذا البندول ( يهز ) بدوره
الخطاف الذي يسمح بدوران الترس – الذي يتصل بالزنبرك عن طريق تروس أخرى - فإنه يسمح لهذا الزنبرك أن يفك لفاته بانتظام وعلى دفعات قليلة فى كل مرة . وتسبب الحركة المنتظمة لتفريغ الزنبرك دوران عقربى الساعة دوراناً منتظماً كذلك ، ومعنى هذا كله أن تصبح الساعة مضبوطة .
وقد لاحظت من تجربتك أن البندول يتأرجح في كل مرة مسافة تقصر بالتدريج حتى يتعذر عليه أن يتحرك على الإطلاق فى نهاية الدقيقة . ما الذي يسبب حركة البندول مدة طويلة قد تصل إلى ساعات أو أيام ؟
هذه هی مهمة الخطاف . ففي كل مرة تلتقى فيها سن من أسنان الخطاف بالترس ، فإنه يتلقى دفعة ، تكفى لأن يحتفظ البندول بحركته . وهذه الدفعات التي تتلقاها سنا الرقاص على التوالى ، هي سبب تلك الدقات اللطيفة التي تنبعث من الساعة فتسر لسماعها .
وهذه الساعة ذات البندول لها عيبان واضحان ، أولهما أن البندول جسم ضخم نوعاً .
وهذا معناه أن الصندوق الذي يضم آلات الساعة ينبغي أن يكون كبيراً . وثانيهما أن هذه الساعة ينبغي أن تعلق أو توضع رأسية دائماً حتى يتحرك
البندول حركة حرة . ولهذا السبب ، تزود معظم هذه الساعات ، بنماذج مختلفة من الأجهزة التي تنظم سرعتها ، والتي لا تحتاج إلا إلى حيز ضيق ، كما أنها تصمم بحيث تؤدى وظيفتها في أي وضع . وهذا المنظم هو زنبرك رفيع تزود به كل ساعات اليد ، ومعظم ساعات الحائط .
إذا لم يكن لديك زنبرك تجرى عليه تجاربك ، فإن شريط المطاط يكفى ويؤدى الغرض تقريباً . اربط ثقلا في أحد طرفي شريط المطاط ، ووزن هذا الثمل ينبغي أن يكون كافياً لمط الشريط إلى . نصف طاقته امسك الشريط المطاط من طرفه الآخر ، ثم هذه هزة خفيفة ودعه يتحرك . احسب عدد الدورات التي يهتز فيها شريط المطاط إلى أعلى ، وإلى أسفل في خمس عشرة ثانية . ثم حرك الثقمل بشدة ، وعد دورات الاهتزاز . وسوف تجد أن العدد يكاد يكون واحداً في الحالتين .
لقد كان شريط المطاط مثل الزنبرك الحقيقى تماماً . وتتذبذب الزنبركات جميعاً بمعذل واحد وبسرعة منتظمة بعد أن تبدأ في العمل ، سواء أكان بالشد أم الضغط أم التى أم اللف . أما زنبرك الساعة فإنه يتذبذب بملئه وتفريغه . ويتصل هذا الزنبرك بترس صغير يسمى « رقاص الساعة . فكلما لف هذا الترس أو انفرد ، أدار الزنبرك رقاص الساعة فى اتجاه معين ، ثم فى الاتجاه المضاد . ورقاص الساعة يحرك بدوره ( جهازاً ، يشبه ذلك الموجود في الساعة ذات البندول ، أي إنه يهز خطافاً مسنناً يسمح لترس أن يدور بحيث تعلق سن واحدة بهذا الترس في وقت واحد على التوالى .
ما الذي يجعل هذا الرقاص يلف وينفرد بصفة دائمة مستمرة ؟ ولماذا لا تبطؤ سرعته ثم يتوقف عن العمل تماماً كما يفعل شريط المطاط ؟ سبب ذلك وجود نفس الأجهزة التى تحافظ على ذبذبات البندول إلى الخلف وإلى الأمام - وهى الخطاف والترس ذو الأسنان المائلة : ، ففي كل مرة يضرب جانب من جانبي الخطاف هذا الترس ، يهتز الترس : ويندفع دفعة كافية تسمح للزنبرك الشعرى أن يلف وينفرد . وتسبب هذه الحركة أيضاً صوت دقات الساعة التي تنبعث من ساعة اليد أو الحائط فتسمعها .
وهذه الأجزاء جميعاً - الترمس ذو الأسنان - والخطاف - والزنبرك الشعرى و رقاص الساعة - لا تنظم حركتها من تلقاء نفسها ، بل إنها تتحرك بتأثير زنبرك كبير يسمى الزنبرك الرئيسى . فأنت حين تملأ الساعة ( ساعة اليد أو الحائط ) ، تختزن طاقة فى هذا الزنبرك الرئيسي ، يعيدها عند ما ینفرد ويفك لفاته قليلا قليلا فى كل مرة . وتشرف على هذه العملية وتنظمها تلك الحركة المنتظمة الدورية فى لف الزنبرك الشعري وتفريغه وانفراده . وفى نفس الوقت فإن تفريغ الزنبرك الرئيسي يدير عقربى الساعة .
ويجب أن تكون آلات ضبط الوقت جيدة الصنع إذا أردنا ألا تقدم أو تؤخر . ولعل أفضلها جميعاً هي تلك الأنواع التي يستخدمها بحارة السفن ، والتي تسمى الكرونومترات . والكرونومتر الجيد لا يقدم أو لا يؤخر أكثر من دقيقة واحدة في العام !
ولعل ساعة اليد أو الحائط هي أدق أجهزة الزنبركات تصميما وصنعاً بين كل ما تشاهده في بيتك من هذه الآلات .
ساعات الزنبرك :
لو أنك فككت ساعة ذات زنبرك ، وحاولت أن تعيد تركيبها من جديد ، ربما ظننت أنها جهاز معقد كل التعقيد ، إن تركيب أجزائها صعب حقا . أما طريقة عملها فسهلة جدا .
وتشبه آلة هذه الساعة ، آلة الصندوق الموسيقى من وجوه عدة : فلكل من هاتين الآلتين زنبرك تفاك لفاته فيدير شيئاً ما . ففي الصندوق الموسيقى ، يدير الزنبرك أسطوانة ، بينما يدير زنبرك الساعة تلك العجلات ( التروس ) التي تحرك عقاربها . وتحتوى كل من الآلتين على منظم لسرعتها ، مهمته تهيئة هذه الآلة لتعمل عملا رتيباً متئداً منظماً على قدر الإمكان . ولعل الساعة في حاجة إلى هذا التنظيم أكثر من صندوق الموسيقى . ولذا يصبح المجرف الدائر قاصراً دون إدارة عملية
التنظيم هذه بدقة وإحكام . ويحل محله في بعض الساعات منظم آخر للسرعة يسمى « البندول » ، كما يحل محله فى بعضها الآخر زنبرك لولبي رفيع ، يؤدى عملية التنظيم هذه .
و سندرس الآن كيف ينظم هذان الجهازان سرعة دوران الساعة . وأفضل وسيلة لدراسة عمل البندول هي أن تصنع واحداً .
أحضر قطعة من الخيط طولها قدمان ، ثم اربط أحد طرفي الخيط بجسم صغير ثقيل نوعاً كقطعة من الحجر ، أو كرة مصمتة ، أو حزمة من المفاتيح . . أمسك الخيط من طرفة الآخر ، ثم حركه حركة خفيفة بحيث يتأرجح هذا البندول ( كما تشاهد في الرسم صفحة ١٨٤ ) .
احسب عدد الدورات التي يتأرجح فيها الخيط فى الدقيقة ، ثم أعد هذه التجربة ، ولكن ، لتكن حركتك للخيط هذه المرة أشد وأقوى بحيث يتأرجح الخيط أكثر من المرة الأولى . وسوف تجد أن لا فرق هناك بين عدد مرات حركة الخيط في المرتين من الناحية العملية . فسواء تحرك البندول مسافة صغيرة أو كبيرة ، فإن عدد الدوران التي تحدثها حركته في الدقيقة يظل ثابتاً لا يتغير .
ويستخدم بندول الساعة في ضبط حركة الزنبرك . وهذا الزنبرك يحرك العجلات ( التروس ) التي تدير عقربى الساعة . فإذا أردنا أن تكون الساعة مضبوطة تماماً ، ينبغى أن تتحرك هذه التروس دائماً بسرعة واحدة لا تتغير ، سواء أكان الزنبرك ملفوفاً لفة كاملة ، أم نصف لفة كاملة ، أم لم يكن ملفوفاً على الإطلاق . ذلك لأن البندول يشرف على هذه العملية ويتعهدها بمساعدة جهاز دقيق آخر هو ( شاكوش الساعة ) .
ويبين لك الرسم التوضيحي ، أن هذا الشاكوش مكوّن من قطعتين إحداهما ترس ( عجلة ) له أسنان مائلة إلى الخارج . ويدور هذا الترس بتأثير حركة انفراد الزنبرك . فإذا كان الترس حراً تماماً ، فإنه يدوركما يشاء ، ويلف لفا سريعاً بلا ضابط أو نظام ، تماماً كما تفعل تروس لعبة العربة . وبذلك يتم انفراد الزنبرك في ثوان معدودة . ولكن هذا الترس ليس في الواقع حراً تماماً ، لأنه مرتبط بقطعة أخرى في شكل خطاف له سن في كل طرف من طرفيه . ويهتز هذا المنشار ويتذبذب بوساطة البندول . وفى أثناء هذه الذبذبة يتعلق كل سن من سنى الخطاف بالترس . الواحدة تلو الأخرى . ومعنى هذا أن الترس لا يدور إلا إذا تحرك الخطاف ، وتستمر حركة الترس مسافة قصيرة إلى أن تعلق به السن الأخرى للخطاف .
هذا وينتج عن هذا كله سلسلة من الحركات المنتظمة . فالبندول - كما شاهدت في تجربتك - يأخذ فى حركته إلى اليمين وإلى اليسار ( يتأرجح ) . ويصبح عدد دورات هذه الحركة ثابتاً لا يتغير في الدقيقة . وهذا البندول ( يهز ) بدوره
الخطاف الذي يسمح بدوران الترس – الذي يتصل بالزنبرك عن طريق تروس أخرى - فإنه يسمح لهذا الزنبرك أن يفك لفاته بانتظام وعلى دفعات قليلة فى كل مرة . وتسبب الحركة المنتظمة لتفريغ الزنبرك دوران عقربى الساعة دوراناً منتظماً كذلك ، ومعنى هذا كله أن تصبح الساعة مضبوطة .
وقد لاحظت من تجربتك أن البندول يتأرجح في كل مرة مسافة تقصر بالتدريج حتى يتعذر عليه أن يتحرك على الإطلاق فى نهاية الدقيقة . ما الذي يسبب حركة البندول مدة طويلة قد تصل إلى ساعات أو أيام ؟
هذه هی مهمة الخطاف . ففي كل مرة تلتقى فيها سن من أسنان الخطاف بالترس ، فإنه يتلقى دفعة ، تكفى لأن يحتفظ البندول بحركته . وهذه الدفعات التي تتلقاها سنا الرقاص على التوالى ، هي سبب تلك الدقات اللطيفة التي تنبعث من الساعة فتسر لسماعها .
وهذه الساعة ذات البندول لها عيبان واضحان ، أولهما أن البندول جسم ضخم نوعاً .
وهذا معناه أن الصندوق الذي يضم آلات الساعة ينبغي أن يكون كبيراً . وثانيهما أن هذه الساعة ينبغي أن تعلق أو توضع رأسية دائماً حتى يتحرك
البندول حركة حرة . ولهذا السبب ، تزود معظم هذه الساعات ، بنماذج مختلفة من الأجهزة التي تنظم سرعتها ، والتي لا تحتاج إلا إلى حيز ضيق ، كما أنها تصمم بحيث تؤدى وظيفتها في أي وضع . وهذا المنظم هو زنبرك رفيع تزود به كل ساعات اليد ، ومعظم ساعات الحائط .
إذا لم يكن لديك زنبرك تجرى عليه تجاربك ، فإن شريط المطاط يكفى ويؤدى الغرض تقريباً . اربط ثقلا في أحد طرفي شريط المطاط ، ووزن هذا الثمل ينبغي أن يكون كافياً لمط الشريط إلى . نصف طاقته امسك الشريط المطاط من طرفه الآخر ، ثم هذه هزة خفيفة ودعه يتحرك . احسب عدد الدورات التي يهتز فيها شريط المطاط إلى أعلى ، وإلى أسفل في خمس عشرة ثانية . ثم حرك الثقمل بشدة ، وعد دورات الاهتزاز . وسوف تجد أن العدد يكاد يكون واحداً في الحالتين .
لقد كان شريط المطاط مثل الزنبرك الحقيقى تماماً . وتتذبذب الزنبركات جميعاً بمعذل واحد وبسرعة منتظمة بعد أن تبدأ في العمل ، سواء أكان بالشد أم الضغط أم التى أم اللف . أما زنبرك الساعة فإنه يتذبذب بملئه وتفريغه . ويتصل هذا الزنبرك بترس صغير يسمى « رقاص الساعة . فكلما لف هذا الترس أو انفرد ، أدار الزنبرك رقاص الساعة فى اتجاه معين ، ثم فى الاتجاه المضاد . ورقاص الساعة يحرك بدوره ( جهازاً ، يشبه ذلك الموجود في الساعة ذات البندول ، أي إنه يهز خطافاً مسنناً يسمح لترس أن يدور بحيث تعلق سن واحدة بهذا الترس في وقت واحد على التوالى .
ما الذي يجعل هذا الرقاص يلف وينفرد بصفة دائمة مستمرة ؟ ولماذا لا تبطؤ سرعته ثم يتوقف عن العمل تماماً كما يفعل شريط المطاط ؟ سبب ذلك وجود نفس الأجهزة التى تحافظ على ذبذبات البندول إلى الخلف وإلى الأمام - وهى الخطاف والترس ذو الأسنان المائلة : ، ففي كل مرة يضرب جانب من جانبي الخطاف هذا الترس ، يهتز الترس : ويندفع دفعة كافية تسمح للزنبرك الشعرى أن يلف وينفرد . وتسبب هذه الحركة أيضاً صوت دقات الساعة التي تنبعث من ساعة اليد أو الحائط فتسمعها .
وهذه الأجزاء جميعاً - الترمس ذو الأسنان - والخطاف - والزنبرك الشعرى و رقاص الساعة - لا تنظم حركتها من تلقاء نفسها ، بل إنها تتحرك بتأثير زنبرك كبير يسمى الزنبرك الرئيسى . فأنت حين تملأ الساعة ( ساعة اليد أو الحائط ) ، تختزن طاقة فى هذا الزنبرك الرئيسي ، يعيدها عند ما ینفرد ويفك لفاته قليلا قليلا فى كل مرة . وتشرف على هذه العملية وتنظمها تلك الحركة المنتظمة الدورية فى لف الزنبرك الشعري وتفريغه وانفراده . وفى نفس الوقت فإن تفريغ الزنبرك الرئيسي يدير عقربى الساعة .
ويجب أن تكون آلات ضبط الوقت جيدة الصنع إذا أردنا ألا تقدم أو تؤخر . ولعل أفضلها جميعاً هي تلك الأنواع التي يستخدمها بحارة السفن ، والتي تسمى الكرونومترات . والكرونومتر الجيد لا يقدم أو لا يؤخر أكثر من دقيقة واحدة في العام !
ولعل ساعة اليد أو الحائط هي أدق أجهزة الزنبركات تصميما وصنعاً بين كل ما تشاهده في بيتك من هذه الآلات .
تعليق