История песочных часов для детей. Какие часы были в древности
С древнейших времен люди не просто существовали во времени, но и пытались осмыслить его суть. Что такое время?
Ответ на этот вопрос ищет не одно поколение философов, астрономов, физиков, математиков, богословов, поэтов и писателей и каждой эпохе свойственно свое представление о природе времени и способах его измерения.
История появления часов
Первый простейший прибор для измерения времени — солнечные часы
— был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет назад. Не менее распространенными в Европе и Китае были так называемые «огненные» часы — в виде свечей с нанесенными на них делениями.
Песочные часы
появились примерно тысячу лет назад. Истории известны многие сыпучие индикаторы времени, но лишь развитие стеклодувного мастерства позволило создать относительно точный прибор. Однако при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, не более получаса. В средневековье поначалу с помощью механических башенных часов определялось лишь время молитвы в монастырях. Но вскоре это революционное устройство стало координировать жизнь целых городов. История его такова: самые первые механические часы
, у которых пока еще не было маятника, были разработаны во второй половине тринадцатого века, где и когда появились первые механические часы точно не известно, но самыми старыми, хотя и документально не подтвержденными сообщениями о них, считают упоминания, относящиеся к X веку. 
Первые церковные часы были очень большими, их конструкция включала в себя тяжелую железную раму и несколько зубчатых колес, выкованных местными кузнецами; они не имели ни циферблата, ни стрелки часов, а просто каждый час били в колокол. Первые механические часы в России появились в XV веке. На часах того времени вместо цифр на циферблат были нанесены буквы. Первые носимые часы изготовил во второй половине пятнадцатого века мастер Питер Хенлейн из немецкого города Нюрнберга, после того, как была изобретена плоская пружина, заменившая гири. Их корпус, имевший только одну, часовую, стрелку, был выполнен из позолоченной латуни и имел форму яйца. Первые «Нюрнбергские яйца» были диаметром 100—125 мм, толщиной 75 мм и носили их в руке или на шее. К концу девятнадцатого века достижения науки и техники положили начало массовому производству серийных часов, что сделало их более доступными для широкой аудитории. С момента широкого распространения часов остро встала проблема синхронизации времени и определения его наиболее точного значения. Решить эту проблему позволили атомные часы, где в качестве источника колебаний вместо маятника служило радиоизлучение. Вообще же, со времени изобретения атомных часов их точность повышалась в среднем вдвое каждые 2 года, и хотя предела совершенству в этом вопросе не видно и по сей день.
Солнечные часы
— прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и еt движению по циферблату. Появление этих часов связано с моментом, когда человек осознал взаимосвязь между длиной и положением солнечной тени от тех или иных предметов и положением Солнца на небе. Простейшие солнечные часы показывают солнечное время, а не местное, то есть, не учитывают деление Земли на часовые пояса.
История
Древнейшим инструментом для определения времени служил гномон. Изменение длины его тени указывало время суток. О таких простейших солнечных часах упоминается в Библии.
Древний Египет
. Первое известное описание солнечных часов в Древнем Египте — надпись в гробнице Сети I, датируемая 1306—1290 гг. до н.э. Там говорится о солнечных часах, измерявших время по длине тени и представлявших собой прямоугольную пластину с делениями. На одном конце ее прикреплен невысокий брусок с длинной горизонтальной планкой, которая и отбрасывала тень. Конец пластины с планкой направлялся на восток, и по меткам на прямоугольной пластине устанавливался час дня, который в Древнем Египте определялся как 1/12 промежутка времени от восхода до заката. После полудня конец пластины направлялся на запад. Сделанные по такому принципу инструменты также были найдены. Один из них восходит ко времени правления Тутмоса III и датируется 1479—1425 гг. до н.э., второй — из Саиса, он на 500 лет моложе. На конце у них есть только брусок, без горизонтальной планки, а также имеется желобок для отвеса для придания устройству горизонтального положения. Другими двумя типами древнеегипетских часов, измерявших время по длине тени, были часы, в которых тень падала на наклонную плоскость или на ступени. Они были лишены недостатка часов с ровной поверхностью: в утренние и вечерние часы тень выходила за пределы пластины. Эти типы часов были объединены в модели из известняка, хранящейся в Каирском 
египетском музее и датируемой несколько более поздним временем, нежели часы из Саиса. Она представляет собой две наклонные плоскости со ступенями, одна из них была ориентирована на восток, другая при этом указывала на запад. До полудня тень падала на первую плоскость, постепенно опускаясь по ступеням сверху вниз, а после полудня — на вторую плоскость, постепенно поднимаясь снизу вверх, в полдень тени не было. Конкретной реализацией типа солнечных часов с наклонной плоскостью были переносные часы из Кантары, созданные около 320 до н.э. с одной наклонной плоскостью, на которой были нанесены деления, и отвесом. Плоскость ориентировалась на Солнце.
Древний Китай
. Первое упоминание о солнечных часах в Китае, вероятно, задача о гномоне, приводимая в древнем китайском задачнике «Чжоу-би», составленном около 1100 г. до н.э. В эпоху Чжоу в Китае применялись экваториальные солнечные часы в виде каменного диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору и пронизывающего его в центре стержня, устанавливаемого параллельно земной оси. В эпоху Цин в Китае изготавливали портативные солнечные часы с компасом: либо экваториальные — опять-таки со стержнем в центре диска, устанавливаемого параллельно небесному экватору, либо горизонтальные — с нитью в роли гномона над горизонтальным циферблатом.
Древняя Греция и Древний Рим
. Скафис — солнечные часы древних. На сфероидальной выемке нанесены линии часов. Тень бросал горизонтальный или вертикальный прут, или шарик в центре инструмента. По рассказу Витрувия, вавилонский астроном Берос, поселившийся в VI в. до н. э. на острове Косе, познакомил греков с вавилонскими солнечными часами, имевшими форму сферической чаши — так называемым скафисом. Эти солнечные часы были усовершенствованы Анаксимандром и Анаксименом. В середине
XVIII столетия при раскопках в Италии нашли именно такой инструмент, какой описан у Витрувия. Древние греки и римляне, как и египтяне, делили промежуток времени от восхода до заката Солнца на 12 часов, и поэтому их час был различной длины в зависимости от времени года. Поверхность выемки в солнечных часах и «часовые» линии на них подбирались так, чтобы конец тени прута указывал час. Угол, под которым срезана верхняя часть камня, зависит от широты места, для которого изготовлены часы. Последующие геометры и астрономы придумывали разнообразные формы солнечных часов. Сохранились описания таких инструментов, носивших самые странные названия сообразно их виду. Иногда гномон, отбрасывающий тень, располагался параллельно оси земли. В Рим первые солнечные часы были привезены консулом Валерием Массала из Сицилии в 263 г. до н. э. Устроенные для более южной широты, они показывали час неверно. Для широты Рима первые часы устроены около 170 года Марцием Филиппом.
Древняя Русь и Россия
. В древнерусских летописях часто указывался час какого-то события, это наводило на мысль, что в то время на Руси уже использовались определенные инструменты или объекты для измерения времени по крайней мере днём. Черниговский художник Георгий Петраш обратил внимание на закономерности в освещении Солнцем ниш северо-западной башни Спасо-Преображенского собора в Чернигове и на странный узор над ними. На основании более подробного их изучения он высказал предположение, что башня представляет собой солнечные часы, в которых час дня определяется освещением соответствующей ниши, а меандры служат для определения пятиминутного интервала. Подобные особенности были отмечены и у других храмов Чернигова, и был сделан вывод, что солнечные часы в Древней Руси применяли еще в XI веке. В XVI веке в России появились западноевропейские портативные солнечные часы. На 1980 год в советских музеях было семь таких часов. Самые ранние из них относятся к 1556 году и хранятся в Эрмитаже, они были предназначены для ношения на шее и представляют собой горизонтальные солнечные часы с секторным гномоном для указания времени, компасом для ориентации часов в направлении север—юг и отвесом на гномоне для придания часам горизонтального положения. 
Средние века
. Арабские астрономы оставили обширные трактаты по гномонике, или искусству строить солнечные часы. Основанием служили правила тригонометрии. Кроме «часовых» линий, на поверхности арабских часов наносилось еще направление к Мекке, так называемая кибла. Особенно важным считался момент дня, когда конец тени вертикально поставленного гномона приходился на линию киблы. Вместе с введением равных часов дня и ночи задача гномоники значительно упростилась: вместо того, чтобы замечать место конца тени на сложных кривых, стало достаточно замечать направление тени. Если только штифт расположен по направлению оси земли, то тень его лежит в плоскости часового круга солнца, а угол между этой плоскостью и плоскостью меридиана есть часовой угол солнца или истинное время. Остаётся только находить пересечение последовательных плоскостей с поверхностью «циферблата» часов. Чаще всего это была плоскость, перпендикулярная штифту, то есть параллельная небесному экватору; на ней направление тени изменяется на 15° за каждый час. При всех других положениях плоскости циферблата углы, образуемые на ней направлением тени с линией полудня, не растут равномерно.
Водяные часы, клепсидра
— известный со времен ассиро-вавилонян и древнего Египта прибор для измерения промежутков времени в виде цилиндрического сосуда с истекающей струёй воды. Был в употреблении до XVII века.
История
У римлян были в большом ходу водяные часы самого простого устройства, так, например, ими определялась длина речей ораторов в суде. Первые водяные часы устроил в Риме Сципион Назика. Водяные часы Помпея славились украшениями из золота и каменьев. В начале VI века славились механизмы Боэция, которые он устраивал для Теодориха и для бургундского короля Гундобада. Затем, по-видимому, это искусство упало, так как папа Павел I послал Пипину Короткому водяные часы, как крайнюю редкость. Гарун-аль-Рашид прислал Карлу Великому в Ахен (809) водяные часы весьма сложного устройства. По-видимому, некий монах Pacificus в IX веке начал подражать искусству арабов. В конце X века прославился своими механизмами, тоже отчасти заимствованными от арабов, Герберт. Знамениты были еще водяные часы Оронция Финеуса и Кирхера, основанные на принципе сифона. Многие математики, в том числе в позднейшее время Галилей, Вариньон, Бернулли, решали задачу: «какова должна быть форма сосуда, чтобы вода вытекала вполне равномерно». В современном мире клепсидра широко применяется во Франции в телеигре Форт Боярд во время прохождения игроками испытаний и представляет собой поворотный механизм с синей водой.
В средние века получили распространение водяные часы особого устройства, описанные в трактате монаха Александра. Барабан, разделённый стенками на несколько радиальных продольных камер, подвешивался за ось так, что он мог опускаться, развёртывая намотанные на ось верёвки, то есть вращаясь. Вода в боковой камере давила в противоположную сторону и, переливаясь постепенно из одной камеры в другую через малые отверстия в стенках, замедляла разматывание верёвок настолько, что время измерялось этим разматыванием, то есть опусканием барабана.
Механические часы
— часы, использующие гиревой или пружинный источник энергии. В качестве колебательной системы применяется маятниковый или балансовый регулятор. Мастера, изготавливающие и ремонтирующие часы, называются часовщиками. В искусстве механические часы являются символом времени. Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым. Поэтому в настоящее время из незаменимого инструмента механические часы превращаются в символ престижа.
История
Прототипом первых механических часов можно считать Антикитерский механизм датируемый около II века до н.э Первые механические часы с анкерным механизмом были изготовлены в Танском Китае в 725 году нашей эры И Сином и Лян Линцзанем. Из Китая секрет устройства, 
по-видимому, попал к арабам. Первые маятниковые часы изобретены в Германии около 1000 года аббатом Гербертом — будущим папой Сильвестром II, но широкого распространения не получили. Первые башенные часы в Западной Европе построены были в 1288 году английскими мастерами в Вестминстере. Примерно в это же времени о колесных часах с боем рассказывает Данте Алигьери в своей «Божественной комедии». Первые в Западной Европе механические часы, устанавливаемые на башнях для того, чтобы можно было разместить гиревой движитель их механизма, имели всего одну стрелку — часовую. Минуты тогда не измерялись вообще; зато такие часы нередко отмечали церковные праздники. Маятника в таких часах также не было. Башенные часы, установленные в 1354 году в Страсбурге, не имели маятника, зато отмечали: часы, части суток, праздники церковного календаря, Пасху и зависящие от нее дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трех волхвов, а позолоченный петух кукарекал и бил крыльями; специальный механизм приводил в движение маленькие цимбалы, отбивавшие время. К настоящему времени от Страсбургских часов уцелел только петух. Наиболее ранний из сохранившихся до наших дней башенный часовой механизм находится в соборе английского города Солсбери, и относится к 1386 году.
Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году Х. Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, отличающиеся низкой точностью хода. Ни один уважающий себя мужчина того времени не надел бы часы себе на руку. Но войны изменили порядок вещей и в 1880 году массовое производство наручных часов для армии начала фирма Girard-Perregaux.
Кварцевые часы
— часы, в которых в качестве колебательной системы применяется кристалл кварца. Хотя электронные часы также являются кварцевыми, выражение «кварцевые часы» обычно применяется только к электромеханическим часам. Работа электромеханических часов совсем не зависит от качества шестерен; простой, хоть и шумный, пластмассовый будильник может стоить менее 1 доллара. Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ±15 секунд/месяц. Таким образом, выставлять их надо дважды в год. Однако кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают, как правило, спешить.
История
Кварцевые часы были выпущены в 1969 году. В 1978 году американская компания «Хьюлетт Паккард» впервые выпустила кварцевые часы с микрокалькулятором. На нём можно было совершать математические операции с шестизначными числами. Его клавиши нажимали шариковой ручкой. Размер этих часов составлял несколько квадратных сантиметров. В1990-х годах на рынке были представлены оригинальные часы — гибрид автоподзавода и кварцевых часов. Япония представила модель «Кинетик» компании Seiko, а Швейцария — модель «Автокварц» компании Tissot и Certina. Особенность данных часов была в том, что в них стояла не батарейка, а аккумулятор, который подзаряжался устройством автоподзавода, как и обычно устанавливаемым на механических часах.
Интересно про часы.
*1485 год. Леонардо да Винчи сделал эскиз устройства fusee для башенных часов. Как выяснилось, карманные часы от башенных отличаются только размерами-принцип тот же.
*Часы, в основе работы которых лежит механизм с колеблющимся маятником, создал голландец Христиан Гюйгенс. Однако это стало возможным благодаря экспериментам и исследованиям, проводимым знаменитым математиком и астрономом Галилео Галилеем в 1580-м году.
*Изобретение маятника примерно в начале 15-го века способствовало появлению и первых домашних часов, которые изготавливали местные кузнецы и мастера. Первое время домашние часы вешались на стену, поскольку их маятники были действительно огромными. С дальнейшим усовершенствованием часовых механизмов часы становились все легче и компактнее, и вскоре была создан их настольный вариант.
*Благодаря изобретению Галилея, погрешность измерения времени снизилась с 20-30 минут в день до 3 минут, а изобретение анкерного механизма позволило снизить эту погрешность до 3 с в неделю, что считалось большой точностью.
*Для производства механических часов, какими были первые образцы, требовались гораздо более точные станки, чем весь прежний инструментарий. Современное точное машиностроение родилось из мастерства механиков часовщиков.
*Самая ранняя дата, которую можно достоверно назвать, говоря о применении шпиндельных механических часов, относится приблизительно к 1340 г. или несколько позже. С тех пор они быстро вошли в общее употребление и стали предметом гордости городов и соборов. В 1450 г. появились пружинные часы, а к концу XV столетия — переносные часы, но еще слишком крупные, чтобы их можно было назвать карманными или наручными.
Сначала они были солнечными и водными, после стали огненными и песочными и, наконец, предстали в механическом виде. Но, каковы бы ни были их интерпретации, они всегда оставались тем, чем являются сегодня – источниками времени.
Сегодня наш рассказ о механизме, который будучи изобретенным еще в древности, и в наши дни остается верным помощником человека – часах .
Капля за каплей
Первый простейший прибор для измерения времени - солнечные часы - был изобретен вавилонянами примерно 3,5 тысячи лет назад. Небольшой стержень (гномон) укрепляли на плоском камне (кадран), разграфленном линиями, - циферблате, часовой стрелкой служила тень от гномона. Но поскольку «работали» такие часы только днем, то ночью им на замену приходила клепсидра - так греки называли водяные часы.
А изобрел водяные часы около 150 г. до н.э. древнегреческий механик-изобретатель Ктесибий из Александрии. Металлический или глиняный, а позже - стеклянный сосуд наполняли водой. Вода медленно, капля за каплей, вытекала, уровень ее понижался, и деления на сосуде указывали который час. Кстати, первый будильник на земле тоже был водяным, являясь одновременно школьным звонком. Его изобретателем считают древнегреческого философа Платона. Прибор служил для созыва учеников на занятия и состоял из двух сосудов. В верхний наливали воду, и оттуда она понемногу выливалась в нижний, вытесняя из него воздух. Воздух по трубочке устремлялся к флейте, и она начинала звучать.
Не менее распространенными в Европе и Китае были так называемые «огневые» часы. Первые «огневые» часы появились в начале XIII века. Эти очень простые часы в виде длинной тонкой свечи с нанесенной по ее длине шкалой, сравнительно удовлетворительно показывали время, а в ночные часы они еще и освещали жилище.
Свечи, применявшиеся для этой цели, были длиной около метра. К боковым сторонам свечи обычно прикрепляли металлические штырьки, которые по мере выгорания и таяния воска падали, и их удар по металлической чашке подсвечника был своего рода звуковой сигнализацией времени.
В течение целых столетий растительное масло служило не только для питания, но и в качестве часового механизма. На основе 
установленной экспериментально зависимости высоты уровня масла от продолжительности горения фитиля возникли масляные лампадные часы. Как правило, это бывали простые лампады с открытой фитильной горелкой и со стеклянной колбой для масла, снабженной часовой шкалой. Время в таких часах определялось по мере сгорания масла в колбе.
Первые песочные часы появились сравнительно недавно - всего тысячу лет назад. И хотя разного рода сыпучие индикаторы времени были известны давно, только должное развитие стеклодувного мастерства позволило создать относительно точный прибор. Но при помощи песочных часов можно было измерять лишь небольшие промежутки времени, обычно не более получаса. Таким образом, самые лучшие часы того периода могли обеспечить точность измерений времени ± 15-20 минут в сутки.
Без минут
Время и место появления первых механических часов доподлинно неизвестно. Впрочем, некоторые предположения на этот счет все же существуют. Самыми старыми, хотя и документально не подтвержденными сообщениями о них, считают упоминания, относящиеся к X веку. Изобретение механических часов приписывают Римскому Папе Сильвестру II (950 - 1003 гг. н.э.). Известно, что Герберт всю жизнь очень интересовался часами и в 996 году собрал первые в истории башенные часы для города Магдебурга. Так как эти часы не сохранились, по сей день остается открытым вопрос: какой принцип действия они имели.
Зато подлинно известен нижеприведенный факт. В любых часах должно быть что-то, что задает некий постоянный минимальный интервал времени, определяя темп отсчитываемых мгновений. Один из первых таких механизмов с билянцем (качающимся туда-сюда коромыслом) был предложен где-то около 1300 года. Важным его достоинством была легкость регулировки скорости хода путем перемещения грузиков на вращающемся коромысле. На циферблатах того периода была только одна стрелка - часовая, и еще эти часы каждый час били в колокол (английское слово «clock» - «часы» произошло от латинского «clocca» - «колокол»). Постепенно почти все города и церкви обзавелись часами, равномерно отсчитывающими время и днем, и ночью. Поверяли их, естественно, по Солнцу, подводя в соответствии с его ходом.
К сожалению, механические колесные часы исправно работали только на суше - так что эпоха Великих географических открытий прошла под звуки мерно пересыпающегося песка корабельных склянок, хотя больше всего в точных и надежных часах нуждались именно мореплаватели.
Зуб за зубом
В 1657 году голландский ученый Христиан Гюйгенс изготовил механические часы с маятником. И это стало следующей вехой в часовом деле. В его механизме маятник проходил между зубьями вилки, которая позволяла специальному зубчатому колесу проворачиваться ровно на один зуб за полкачания. Точность часов возросла многократно, но перевозить такие часы все равно было невозможно.
В 1670 году произошло кардинальное усовершенствование спускового механизма механических часов - был изобретен так называемый анкерный спуск, позволивший применить длинные секундные маятники. После тщательной настройки, в соответствии с широтой месторасположения и температурой в помещении, такие часы имели неточность хода всего несколько секунд в неделю.
Первые морские часы были изготовлены в 1735 году йоркширским столяром Джоном Харрисоном. Их точность составляла ± 5 секунд в сутки, и они уже были вполне пригодны для морских путешествий. Однако, оставшись недовольным своим первым хронометром, изобретатель трудился еще почти три десятка лет, прежде чем в 1761-м начались полномасштабные испытания усовершенствованной модели, которая уходила меньше чем на секунду в сутки. Первая часть награды была получена Харрисоном в 1764 году, после третьего длительного морского испытания и не менее длительных канцелярских мытарств.
Полностью вознаграждение изобретатель получил только в 1773 году. Испытывал часы небезызвестный нам капитан Джеймс Кук, который остался очень доволен этим необыкновенным изобретением. В судовом журнале он даже воздал хвалу детищу Харрисона: «Верному другу - часам, нашему проводнику, который никогда не подводит».
Тем временем механические маятниковые часы становятся предметом домашнего обихода. Первоначально изготовлялись только настенные и настольные часы, позже стали делать напольные. Вскоре после изобретения плоской пружины, заменившей маятник, мастер Питер Хенлейн из немецкого города Нюрнберга изготовил первые носимые часы. Их корпус, имевший только одну часовую стрелку, был выполнен из позолоченной латуни и имел форму яйца. Первые «Нюрнбергские яйца» были диаметром 100-125 мм, толщиной 75 мм и носили их в руке или на шее. Значительно позже циферблат карманных часов был накрыт стеклом. Подход к их оформлению стал более изощренным. Корпуса стали изготавливать в виде животных и других реальных объектов, а для украшения циферблата применяли эмаль.
В 60-х годах XVIII века швейцарец Абрахам Луи Бреге продолжает исследования в области носимых часов. Он делает их более компактными и в 1775 году открывает в Париже собственный часовой магазин. Однако «брегеты» (как прозвали эти часы французы) были по карману только очень богатым людям, простой же люд довольствовался стационарными приборами. Шло время и Бреге задумался над совершенствованием своих часов. В 1790 г. он изготавливает первые противоударные часы, а в 1783 в свет выходят его первые многофункциональные часы - «Королева Мария Антуанетта». Часы имели автоподзавод, минутный репетир, вечный календарь, независимый секундомер, «уравнение времени», термометр и индикатор запаса хода. Задняя крышка, выполненная из горного хрусталя, давала возможность увидеть работу механизма. Но неуемный изобретатель не остановился на этом. И в 1799 изготовил часы «Tact», получившие известность как «часы для слепых». Их владелец мог узнавать время, прикоснувшись к открытому циферблату, при этом ход часов от этого не сбивался.
Гальваника против механики
Но изобретения Бреге все еще были по карману только элитным слоям общества, решать же проблему массового производства часов пришлось другим изобретателям. В начале XIX столетия, совпавшем с бурным развитием технического прогресса, с проблемой хранения времени столкнулись почтовые службы, пытавшиеся обеспечить движение почтовых экипажей по расписанию. В результате они обзавелись новым изобретением ученых - так называемыми «возимыми» часами, принцип работы которых был схож с механизмом «брегетов». С появлением железных дорог такие часы получили в свое распоряжение и кондукторы.
Чем активнее развивалось трансатлантическое сообщение, тем насущнее становилась проблема обеспечения единства отсчета времени по разные стороны океана. В этой ситуации «возимые» часы уже не годились. И тут на помощь пришло электричество, в те времена называемое гальванизмом. Электрические часы решили проблему синхронизации на больших расстояниях - сначала на материках, а потом и между ними. В 1851 году кабель лег на дно Ла-Манша, в 1860-м - Средиземного моря, а в 1865-м - Атлантического океана.
Сконструировал первые электрические часы англичанин Александр Бэйн. К 1847 году он завершил работу над этими часами, сердцем которых был контакт, управляемый маятником, раскачиваемым электромагнитом. В начале XX века электрические часы окончательно вытеснили механические в системах хранения и передачи точного времени. Кстати, наиболее точными часами, основанными на свободных электромагнитных маятниках, были часы Уильяма Шортта, установленные в 1921 году в Эдинбургской обсерватории. Из наблюдения за ходом трех часов Шортта, изготовленных в 1924, 1926 и 1927 годах в Гринвичской обсерватории, определили их среднесуточную погрешность - 1 секунда в год. Точность часов со свободным маятником Шортта позволила обнаружить изменения продолжительности суток. И в 1931 году начался пересмотр абсолютной единицы времени - звездного времени, с учетом движения земной оси. Эта ошибка, которой до того пренебрегали, достигала в своем максимуме 0,003 секунды в сутки. Новая единица времени была позднее названа Средним звездным временем. Точность часов Шортта была непревзойденной, вплоть до появления кварцевых часов.
Время кварца
В 1937-м появились первые кварцевые часы, разработанные Льюисом Эссеном. Да, да, те самые, которые сегодня мы носим на руках, которые висят сегодня на стенах наших квартир. Изобретение было установлено в Гринвичской обсерватории, точность этих часов составляла около 2 мс/ сутки. Во второй половине ХХ века пришла пора часов электронных. В них место электрического контакта занял транзистор, а в роли маятника выступил кварцевый резонатор. Сегодня именно кварцевые резонаторы в наручных часах, персональных компьютерах, стиральных машинах, автомобилях, сотовых телефонах формируют время нашей жизни.
Итак, век песочных и солнечных часов канул в лету. И изобретатели не уставали баловать человечество высокотехнологичными новинками. Прошло время, и были построены первые атомные часы. Казалось бы, век их механических и электронных братьев тоже подошел к концу. А нет! Наибольшую точность и удобство в эксплуатации доказали именно эти два варианта часов. И именно они одержали победу над всеми их прародителями.
Наука 2.0 НЕпростые вещи.Часы
Первые прообразы современных часов появились в древнейшие времена, когда человек осознал понятие времени и необходимость его измерять. Солнечные, огневые, песочные и водяные часы постоянно развивались и улучшались. Именно они заложили основы гениальных изобретений средневековых механиков, более совершенными версиями которых мы пользуемся и сегодня. Любопытно проследить исторический путь, который прошёл прибор для измерения времени, начиная от зари человечества и вплоть до сегодняшнего дня…
Самые первые часы - солнечные
Сам термин "часы" (clock ) впервые вошёл в обиход в четырнадцатом веке как производное от латинского слова, обозначающего "звонок". Первый же прибор для измерения времени, если верить учёным, появился примерно три с половиной тысячи лет назад в древнем Вавилоне. Он представлял собой не что иное, как солнечные часы (гномон).
До нас дошло описание солнечных часов из древнего Египта. О них поведала надпись на стене гробницы фараона Сети (рубеж XIV-XIII столетий до нашей эры). Это была прямоугольная пластина с делениями. На одном из концов её, направленном строго на восток, был закреплён невысокий брус с горизонтальной длинной планкой. Планка отбрасывала тень на метки в пластине, и по ним определялся час дня как одна двенадцатая часть временного промежутка между восходом солнца и его закатом. После полудня пластину следовало перевернуть так, чтобы конец с планкой был направлен на запад.
Более поздним вариантом таких часов была переносная наклонная плоскость округлой формы с нанесёнными делениями, которая ориентировалась на солнце. Тень, указывающую время, давал отвес, закреплённый посередине плоскости.
Огневые часы, отмеряющие время и ночью
Часы, отображающие время по солнцу, широко использовались во всём древнем мире: в Китае, Греции и Риме, арабских странах, а также на Руси. Однако их существенным недостатком была абсолютная бесполезность ночью или же в пасмурный день. Это привело к появлению огневых (огненных) часов, принцип измерения времени в которых опирался на количество сгоревшего в лампаде масла или стаявшего воска в свече. Таким образом, ночь могла измеряться в трёх свечах или же в количестве делений на стекле лампады. Однако вследствие того, что скорость сгорания разных видов масла и таяния различных свечей была неодинакова, такой прибор обладал низкой точностью, к тому же его использование днём было весьма неудобным.
Водяные часы - клепсидра
Следующим шагом в истории приборов для измерения времени стало изобретение такого их варианта, который отличался бы точностью и удобством, а также не зависел бы от времени суток. Такими чертами обладали водяные часы. Местом их возникновения тоже считают Египет, только более позднего времени - около 1400 года до нашей эры. Они представляли собой две ёмкости, наполненные водой до разного уровня. В процессе перетекания жидкости из одного сосуда в другой по меткам, нанесённым на ёмкости, можно было определить время.
Водяные часы быстро завоевали популярность в быту, в армии, в официальных учреждениях, на стадионах и в школах. В Александрии - богатейшем городе Египта - появились первые мастерские по их изготовлению. В дальнейшем эту находку взяли на вооружение и значительно усовершенствовали древние греки. Клепсидра, что по-гречески означает "похитительница", - вот как называются водяные часы вплоть до сегодняшних дней.
Именно учёные Греции первыми осознали необходимость разделить год на двенадцать месяцев, в каждом из которых было бы по тридцать дней. Вавилоняне и египтяне впоследствии подхватили эту идею, разделив день на часы, минуты и секунды.
Интересным образцом водяных часов являются древние персидские часы из Зибада (на территории современного Ирана). Это простая и в то же время достаточно точная конструкция, при помощи которой персы рассчитывали время для посадки растений и поливочных работ. В резервуаре с водой находится чаша с небольшим отверстием. В течение определённого промежутка времени она наполняется жидкостью, после чего тонет. Человек, следящий за временем, достаёт чашу, ставит камешек в отверстие на специальной шкале и возвращает пустую чашу обратно в резервуар. Появившись около 300 года до нашей эры, в Иране такие часы были популярны вплоть до второй половины XX века, уступив только современным часовым механизмам.
Афинская башня Ветров
Ещё один знаменитый на весь мир часовой механизм древности - водяные часы в Афинах, творение мастера Андроника из Кира. Создатель посвятил это древнейшее метеорологическое сооружение богине Афине. Своё второе название - "Клепсидра" - башня Ветров получила именно благодаря установленным внутри водяным часам. Воду для их работы подавал с афинского Акрополя специальный механизм.
Восемь граней тринадцатиметровой мраморной башни сориентированы строго по сторонам света. Фризы её украшены барельефами, изображающими всю "розу ветров". Флюгер на крыше башни в виде фигуры тритона указывал, с какой стороны дует ветер. Внизу, под фигурами, был размечен также циферблат солнечных часов. Таким образом, башня непрерывно использовалась для измерения времени.
Песочные часы
Данная разновидность часов возникла относительно недавно - около тысячи лет назад - и получила распространение одновременно с развитием стеклодувного производства. Она представляет собой два сообщающихся сосуда, закреплённых в прочной оправе. Принцип работы основан на пересыпании из одной чаши в другую через узенькое отверстие за определённый промежуток времени точно откалиброванного количества речного песка. Однако эти часы позволяют измерять исключительно маленькие временные отрезки, а также требуют того, чтобы их постоянно переворачивали.
Механические часы
Началом современного этапа в истории развития приборов, позволяющих измерять время, стало появление механических часов. Первые башенные часы представляли собой огромные механизмы, приводимые в действие гирей, которая была подвешена к ведущему валу на канате. Регулировал их ход шпиндель - устройство, напоминающее коромысло с подвешенными к нему грузами. Вращаясь попеременно то в правую, то в левую сторону, шпиндель за счёт инерции грузов замедлял движение колёс часового механизма. Подобный прибор для измерения времени обладал весьма низкой точностью, а погрешность его показаний за сутки порой превышала шестьдесят минут.
Механические часы стали более совершенными после того, как итальянским учёным Галилео Галилеем был изобретён маятник. Во второй половине XVII века голландец Христиан Гюйгенс применил эту находку на практике. Им же был изобретён балансовый регулятор, который лёг в основу конструкции карманных и наручных часов.
Первый экземпляр карманных часов был создан в 1500 году, после изобретения в Германии заводной пружины. А разработка в семнадцатом столетии спиральной пружины-балансира значительно повысила точность хода, что позволило впоследствии добавить минутную и секундную стрелки.
В начале следующего столетия механизм был дополнен прочными опорами из рубина и сапфира, что делало ход часов ещё более точным и уменьшало трение шестерёнок. А в 1927 году свет увидели кварцевые часы - самые точные в сравнении со всеми предшественниками.
С дальнейшим развитием техники приборы для измерения времени постепенно дополнялись всё более сложными устройствами. В современном мире работа по их созданию превратилась в настоящее искусство. Существующие образцы помимо основного свойства - показывать время - поражают своим разнообразием и творческой выдумкой мастеров.
Вопрос, который задается на протяжении тысячи лет, это: «Который час?». На протяжении всей истории существовало множество приспособлений, которые изобретались, чтобы ответить на этот вопрос. От солнечных часов до атомных часов, человечество решало эту загадку.
В прежние времена, положение солнца не небе давало наилучшее определение времени. Если солнце находилось прямо над головой, значит, был полдень. Ночью и в облачные дни было невозможно определить время таким способом. Люди начали использовать построение теней от предметов на солнце, чтобы быть более точными и защитить свои глаза, так как им больше не нужно было смотреть на солнце. Египтяне считаются первыми, кто начал строить большие обелиски для создания тени примерно в 3500 г. до н.э. К 1500 г. до н.э. начали использоваться улучшенные солнечные часы. Другим изобретением в этот период были песочные часы, в которых использовалась вода. И у того, и у другого имелись свои ограничения, особенно, в градуировке и при смене температур. Песок был введен в использование в песочных часах лишь 700 году н.э.
Впервые механические часы были изобретены в 14 веке. В этих часах использовались пружины, рычаги и регуляторы хода, на них обычно не было указателей или циферблатов, они просто звонили по часам. Позже появились циферблаты и указатели.
В 15 веке были разработаны цилиндрические пружины, и размер часов был значительно уменьшен. Так же благодаря цилиндрической пружине позже были изобретены наручные часы.
До этого времени часы были не очень точными, однако изобретение маятниковых часов Кристианом Хайгеном в 1656 году, стало началом точности. Его маятниковые часы были точными до одной минуты ежедневно, нежели ранее использовавшиеся пружинные часы, которые были точными до пятнадцати минут.
В следующем веке Британский Парламент объявил о значительном вознаграждении тому, кто сможет решить проблему точного определения времени. Существовало множество теорий, как этого можно было добиться, и две основные теории полагались либо на звезды, либо на точные часы. Премию выиграл Джон Харрисон, который после многочисленных экспериментов с часами потерял только пять секунд из шести.
В течение 19 века было сделано много открытий, которые позволили поставить часы на массовое производство. Цены на часы были значительно снижены, и теперь они стали распространенными предметами обихода среди обычных людей. Наиболее используемыми были карманные часы.
Только в 1884 году страны согласовали временные зоны с четким взаимоотношением между ними. Они все еще действуют на сегодняшний день. «Время по Гринвичу» все еще рассматривается многими как место, где начинается время.
Сначала наручные часы носились только женщинами, но во время Первой Мировой Войны мужчины также начали носить наручные часы, которые стали более распространенными, чем карманные часы. Говорят, что во время войны солдаты нашли наручные часы более подходящими, чем карманные часы.
Начиная с 1960-х, большинство часов действует на кварце, нежели на цилиндрической пружине. Такие часы значительно дешевле и очень точны. Глобальная система навигации и определения положения, промысловая разведка, сотовые телефоны и прочие интересные приспособления уже сегодня могут быть встроены в наручные часы. А что же будет дальше?
Физики сделали шокирующее открытие – в природе времени не существует и никогда не существовало! В природе имеют место только процессы, они могут быть периодическими или непериодическими. Понятие «время» было придумано людьми для собственного удобства. Время – это мера измерения расстояния между двумя событиями.
Кто придумал первые часы?
Человек изобрел много способов измерения времени. Сначала измеряли время в восходах и заходах солнца. Увеличение или уменьшение тени, падающей от разных предметов – камней, деревьев, помогало человеку хоть как-то ориентироваться во времени. Определяли время и по звездам (ночью в разное время видны разные звезды).
Древние египтяне поделили ночь на двенадцать промежутков. Каждый промежуток начинался с восходом одной из двенадцати определенных звезд. На столько же промежутков поделили египтяне и день. На этом основывается наше деление суток на 24 часа.
Позже египтяне создали теневые часы (мы их называем солнечными). Они представляют собой простую деревянную палку с отметками. Теневые часы и стали первым изобретением человека, предназначенным для измерения времени. Конечно, солнечные часы не могли определять время в пасмурный день и ночью. Одним из старинных письменных документов, датируемых 732г до н.э. о солнечных часах является Библия (двадцатая глава Книги Царств). В ней упоминаются обелисковые часы царя Ахаза. Обнаруженные при раскопках солнечные часы XIII и XV в.в. до н.э. свидетельствуют о том, что в действительности солнечные часы появились гораздо раньше, чем об этом говорят письмена.
Древние египтяне создали и водяные часы. Они отмеряли отрезок времени, за который жидкость перетекает из одного сосуда в другой.
В VIII веке появились песочные часы. Они представляют собой две спаянные колбы. Песок, насыпанный в одну из колб, пересыпается сквозь узкую горловину другой колбы за определенный промежуток времени, например за час. После этого часы переворачивают. Песочные часы дешевы, надежны, поэтому до сих пор не исчезли из .
Механические часы появились в Европе в 1300 – х годах, они работали при помощи и пружин. У них не было стрелок, а о прохождении часа свидетельствовал звонок.
В современных электронных и кварцевых часах используют колебания кристалликов кварца.
Эталоном являются атомные весы. Они измеряют время перехода атома с отрицательного на положительное энергетическое состояние и обратно.
