Время в виде часов. История изобретения и развития часов. Настенные часы с кукушкой
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…
От доисторического человека измеряли время. Он установил столбцы камня так, что, когда звезда совпадает с ее выравниванием, сигнализируйте важный момент или дату. Древние египетские обелиски были столбами, чья тень сдвинулась с течением дня и отметила часы между восходом и закатом.
В своих первых наблюдениях человек заметил, что тень менялась в зависимости от положения солнца. Таким образом, родился гномон, состоящий из тростника, встроенного в землю перпендикулярно, и на земле были указаны борозды, указывающие на разные моменты дня. Тень персонала была той, которая указывала на разные графики. Вскоре сотрудники гномона превратились в большие обелиски. Но у них были большие неточности. Согласно Геродоту, в Греции гномон был представлен Анаксимандром. Меридианы следовали за гномонами.
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).
Но только когда ось вращения Земли и другие научные и астрономические данные, рассчитанные с точностью, были учтены, был построен солнечный квадрант, который улучшился до неустойчивого гномона. Этот солнечный квадрант был сформирован стилем и сферическим основанием, на котором были отмечены линии времени, обозначающие разные моменты дня. Он поместил его определенным образом, чтобы тень одинаково отмечала одно и то же время в любой день года. Измерение солнечного квадранта сделало его более точным инструментом.
Из этого возник экваториальный квадрант, а затем универсальный квадрант, который был переносимым и пригодным для использования в любом месте, который сопровождался сигналами компаса, был полезным инструментом для навигаторов. Вот почему стало необходимым измерять время как курс, а не как визуальный. Таким образом появились восковые часы, свечи ожидаемой продолжительности. Когда свеча потреблялась, она указывала определенный период времени. Он использовался в средние века, особенно в религиозных профессиях.
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.
Вавилоняне, египтяне, китайцы и индуисты использовали воду, содержащуюся в градуированном сосуде, из которого он сбежал, и понизили его уровень. Уровень воды совпал с отмеченной шкалой на судне, указывающей часы. Это водяные часы, которые использовали для выпуска воды, содержащейся в сосуде через отверстие. Этот инструмент использовался Герофилом Александрийским для измерения пульсаций человеческого тела. Галилей использовал ртутную клепсидру для измерения падения тел. Были любопытные клепсидры, построенные с орнаментами и вложениями, как один, посланный халифом Харуном Аль-Рашидом в Карл Великий.
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.
Китайские фитильные часы
Это была медь, инкрустированная золотом. Он указал на час на циферблате и уронил соответствующее количество металлических шаров на подносе и произвел звуки в соответствующем количестве; и открылись двери, из которых вышло количество вооруженных рыцарей, совершивших несколько движений.
Механические часы: предпосылки появления
Другим видом потока является песок, который насчитывает около 500 лет. Песок падает от верхней части к нижней части через узкую шею. Когда он полностью упал, часы будут отменены, и процедура возобновится. Вы должны знать время, необходимое для завершения цикла. Другим методом, используемым для измерения времени, была скорость, с которой вещество потреблялось или сжигалось. Самым известным из этих часов была градуированная свеча, хотя также использовались узлы с узлами и масляными лампами с градуированными отложениями.
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.
Но все эти часы не имели точности, и возникла необходимость поддерживать точный ритм в потоке элементов временной маркировки. Поэтому человек, должно быть, прибегнул к изобретению элементов, основанных на механике. Несколько веков назад появились механические часы с медленно продвигающимися руками под действием шестеренок. В этих примитивных часах движение происходило из-за веса подвески, который приводил в движение зубчатое колесо или маховик, зубцы которых были расположены перпендикулярно их диаметру.
Античные Водяные часы. Водяные часы
Два листа, называемые «лопастями», расположены на горизонтальной оси, которая колебалась, зацеплялась в зубах дерева рулевого колеса и регулировала его движение. Это была первая выхлопная система, используемая в часах, так же, как вес был первой системой вождения. Нам по-прежнему приходится ссылаться на третью систему или важную часть часов, осциллятор, который контролирует выхлопные движения. В описанных нами примитивных часах эта функция выполнялась рычагом, закрепленным в конце выхлопного вала, который колебался благодаря импульсу зубьев рулевого колеса.
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.
Длительность колебаний и, следовательно, выхлопных газов регулировалась скользящим весом, закрепленным на заготовке. Эти часы были небезопасными из-за их примитивных механизмов побега и колебаний. Возникла необходимость дать точность измерения времени. То есть, делим его на точные дроби, с постоянным ритмом.
Необходимо было прибегнуть к маятнику или качалке с пружиной или весом, перемещаемым регулирующим механизмом, таким образом, как создается «побег», и нужно добавить игла или элемент, который указывает на измерения, и что он должен перемещаться регулярно, для которая добавляет систему колес.
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.
Первый часовой двигатель состоял из весов, веревок или цепей вокруг колес, и они разворачивались. Самые важные средневековые часы были сделаны из гантелей, построенных на башнях и колокольнях, таких как Дижон, Парижский корпус и Собор Салсбери. А также большие будильники были построены с помощью этой системы весов.
Механизм, называемый выхлопом, регулирует постепенное спуск весов, при спуске они приводят ряд зубчатых колес. Когда маятник колеблется с одной стороны на другую, анкер спуска позволяет передаче вперед. Это приводит к тиканию часов. Вес падает до тех пор, пока он не достигнет предела и должен быть поднят снова. Впоследствии спиральная пружина заменяет вес.
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.
Выхлопная система была добавлена к пружине. Он состоит из взвешенного колеса, это колесо подталкивает две лопасти, прикрепленные к стержню, который перемещает горизонтальный, колеблющийся поперечный стержень в противоположном направлении. Эта система эволюционирует к так называемому «побегу якоря», а фолиант порождает вертикальные колебания, которые приведут к маятнику.
Открытие изохронного движения маятниковых колебаний сделано в оригинальном дизайне, известным голландским физиком Хуаном Криштиану Гюйгенсом, и обнаружил, что маятник должен описывать лук, а не круг. Циклоида указала его между двумя сегментами, которые ограничивают его путь для достижения идеального периода.
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.
Другой швейцар, Луи-Филипп, усовершенствует различные элементы и работает с меньшими элементами, которые заставляют его работать с точными механизмами и использованием других материалов и новых сплавов для пружин и рокеров, чтобы достичь справедливости твердости, неизменяемость и минимальные вариации внешних эффектов. Гийом сделал еще один шаг в развитии часов, изобрел инвар и эливар, добившись новых сплавов в пружинах и рокерах.
Атомные часы - это устройство для измерения времени, основанного на частоте атомной вибрации. Точность, достигаемая с помощью этих атомных часов, настолько высока, что она допускает ошибку только одну секунду через 000 лет. Несмотря на это, изучаются новые часы, основанные на характеристиках водорода, что позволит достичь еще большей точности.
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.
Инновации часов с течением времени. Говорящие часы были изобретены Эрнстом Эсклангоном, который 14 февраля сделал публичную демонстрацию «Они» Натали Харро и Филипп Паскье. Это дает возможность быстро реагировать на неотложные случаи этих заболеваний врачам и скорой помощи. Эти часы рассчитывают скорость автомобиля, измеряют частоту сердечных сокращений и еще несколько утилит. Самые дорогие, а также самые сложные часы были сделаны швейцарским часовым мастером Патек Филиппом, чтобы отпраздновать полуторавековое время его основания. У него была одна летняя гарантия на часы и три батареи; но это одноразовые часы, которые не ремонтируются и монтируются непосредственно в коробке.
- Хотя другие утверждают, что он был изобретен китайцами и египтянами.
- Он начинает использовать специальные маятниковые часы.
- Он имеет важную информацию, записанную на обратной стороне коробки.
- И он быстро победил для его комфорта.
- Обозначает время приливов.
- Он был водонепроницаем до глубины 30 метров.
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.
Обратимся к третьей системе или важной части часов, осциллятора, который контролирует выхлопные движения. Различные части механизма маятниковых часов и его работа. Существенные части современных часов. Атомные часы, более точные, чем электронные механизмы, используют колебания атомов цезия.
Водяные часы - клепсидра
Конечно, мы этого не понимаем. Эти часовые признаки стали вездесущими в нашей повседневной жизни. Не осознавая этого, у них действительно есть основная функция, регулирующая, точнее, синхронизация нашей общественной жизни: время начала работы, такая-то деятельность, время открытия и закрытия магазинов, и т.д. примеры можно умножить бесконечно. Важно то, что время позволяет нам синхронизировать наши общие действия, одним словом, нашу социальную жизнь.
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.
Канонические часы использовались в средние века. Это эволюция часов римского мира, которые сами были основаны на делении в двенадцать дней света, а также в двенадцать ночи. Эта эволюция заставила нас использовать, чтобы отметить время суток только часами молитв и религиозных услуг.
Становление классической колебательной хронометрии
Из римской системы от двенадцати часов до двенадцати часов мы таким образом перешли в средние века к системе, в которой день света был разделен на четыре основные части: от восхода до третьего, от третьего до секста, от секта до ни одного и ни одного к вечерни.
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.
Ученые даже поняли, что двенадцатичасовое расщепление было понято, даже если оно больше не использовалось. На практике это отсечение претерпевало большие локальные вариации, периоды времени и канонические часы не совпадали. Именно это дало слово «полдень» на английском языке.
Происхождение синхронизации общественной жизни путем измерения времени восходит к древности. Остальная социальная жизнь затем корректируется на этих колоколах так называемых канонических часов. Один из примеров заключался в том, чтобы начать работу чуть раньше премьер-министра или вернуться на вечерню.
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.
— прибор для определения времени по изменению длины тени от гномона и её 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. Кроме того, простейшие солнечные часы не учитывают летнего времени. Пользоваться солнечными часами можно только днём и при наличии Солнца. В настоящее время солнечные часы по прямому назначению практически не используются и уступили место различным видам других часов.
впервые появились в Китае. Они состояли из спирали или палочки из горючего материала с подвешенными металлическими шариками. При сгорании материала шарики падали в фарфоровую вазу, производя звон.
Впоследствии разновидность огненных часов появилась и в Европе. Здесь использовались свечи, на которые равномерно наносились метки. Расстояние между метками служило единицей времени.
— простейший прибор для отсчёта промежутков времени, состоящий из двух сосудов, соединённых узкой горловиной, один из которых частично заполнен песком. Время, за которое песок через горловину пересыпается в другой сосуд, может составлять от нескольких секунд до нескольких часов.
Песочные часы были известны в глубокой древности. В Европе они получили распространение в средние века. На кораблях применялись четырёхчасовые песочные часы (время одной вахты) и 30-секундные для определения скорости корабля по лагу.
В настоящее время песочные часы используются лишь при проведении некоторых врачебных процедур, в фотографии, а также в качестве сувениров.
(иначе клепсидра или гидрологиум) — известный со времён ассиро-вавилонян прибор для измерения времени в виде цилиндрического сосуда с истекающей струёй воды. Был в употреблении до XVII века.
Промежуток времени измерялся количеством воды, вытекшей капля за каплей из малого отверстия, сделанного на дне сосуда. Таковы были водяные часы египтян, вавилонян, древних греков. У китайцев, индусов и некоторых других народов Азии, наоборот, — пустой полушаровый сосуд плавал в большом бассейне и мало-помалу наполнялся водой через малое отверстие. Часы первого типа подверглись значительным усовершенствованиям. Платон описывает механизм из двух конусов, входящих один в другой; при помощи их поддерживался приблизительно постоянный уровень воды в сосуде, и тем регулировалась скорость её вытекания. Полного развития подобные механизмы, т.н. клепсидры, получили в Александрии в III в. до н.э.
— часы, использующие гиревой или пружинный источник энергии. В качестве колебательной системы применяется маятниковый или балансовый регулятор. Мастера, изготавливающие и ремонтирующие часы, назывались часовщиками. В искусстве механические часы являются символом времени.
Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым (1-й класс точности механических часов — от +40 до?20 секунд в сутки; погрешность кварцевых часов находится в пределах 20 секунд в месяц). Поэтому в настоящее время из незаменимого инструмента механические часы превращаются в символ престижа.
— 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.
Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ±15 секунд/месяц (в специально спроектированных хронометрах до 0,3 секунд/месяц). Таким образом, выставлять их надо дважды в год, при переходе с зимнего времени на летнее и наоборот. Однако, кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают, как правило, спешить.
— часы, основанные на подсчете периодов колебаний от стабильного кварцевого генератора с помощью счетчиков делителей и выводом показаний на электронный дисплей Электро-люминисцентно вакуумный, Светодиодный или Жидко-кристалический посредством дешифраторов. Первые электронные часы делались на отдельных лампах затем транзисторах и микросхемах. Затем были сделаны и наручные электронные часы обладающие светодиодным дисплеем, но они могли показывать время очень недолго: слишком прожорливыми оказывались светодиоды, затем использовали свойства жидких кристаллов ориентироваться во внешнем электрическом поле и пропускать свет с одним направлением поляризации. В результате этого было значительно снижено энергопотребление, и замена элементов питания происходит намного реже. В современные электронные часы встроен как правило микроконтроллер, и у часов появилось много сервисных функций (будильники, мелодии, календари и т.д.), но микроконтроллер так же продолжает считать периоды колебаний все того же кристалла кварца.
не отличаются ни по своему назначению, ни по устройству от обыкновенных часов. От них только требуется чрезвычайно правильный ход, для достижения которого астрономические часы снабжаются приспособлениями, слишком дорогими для применения их к обыкновенным часам.
Одно из главных приспособлений состоит в компенсации влияний температуры. Обыкновенные часы, карманные или стенные, спешат при понижении температуры и отстают при повышении её. В часах с маятником устраивается т.н. компенсационный маятник, в часах с пружиной или хронометрах т.н. e chappement.
Иногда под названием астрономических часов понимают также сложные инструменты, которые, указывая час дня, кроме того, дают течение планет и луны, приливы и отливы, подвижные праздники, различные явления неба, в особенности затмения солнца и луны, високосные года и т.п., посредством особых механических приспособлений. Построение таких часов требует большого механического искусства и немало астрономических познаний; наиболее замечательные часы такого рода были изготовлены в XV-м веке для Страсбургского собора. Мастер Швильге в Страсбурге переделал их заново, и в этом новом виде они до сих пор находятся в соборе. Другие, несколько более простые часы подобного рода находятся в Майнце.
Однако практическая польза подобных сложных инструментов весьма ограничена и не окупает затраченного на изготовление их громадного труда: для астронома удобнее справиться относительно небесных явлений в эфемеридахв.
На сегодняшний день количество мастеров создающих астрономические часы, исчисляется единицами во всем мире.
(молекулярные, квантовые часы) — прибор измерения времени, в котором в качестве постоянного периодического процесса используются собственные колебания атомов или молекул. Периоды этих колебаний при помощи электронных сxем сравниваются с измеряемым промежутком времени.
С 1967 года международная система единиц СИ определяет одну секунду как 9 192 631 770 (девять миллиардов сто девяносто два миллиона шестьсот тридцать одна тысяча семьсот семьдесят) периодов электромагнитного излучения, возникающего при переходе между двумя уровнями основного состояния атома изотопа Цезий-133. Согласно этому определению атом цезия является стандартом для измерений времени и частоты. Точность определения секунды определяет точность определения других основных единиц, таких как, например, вольт или метр, содержащих секунду в своём определении. Цезиевые часы считались самыми точными последние 50 лет.
Стабильность атомных часов, численно составляющая обратную величину от точности, достигает 1014 1015 (точность 10-14 10-15, иногда записывается как 10-9 сек.сут. или одна секунда в три миллиона лет), то есть наибольшей величины среди всех существующих типов часов.